Диссертация (1105407), страница 19
Текст из файла (страница 19)
Отметим также, что в зависимости от спек-Временная зависимость экваториального МОЭК...117трального положения импульса относительно резонанса наблюдается либо положительная, либо отрицательная производная по времени для ∆(M, τ ), а, судя порасчетам, и для δ(t). Как уже говорилось выше, скорее всего, это связано с тем,что основной вклад в МОЭК вносит мнимая часть вектора гирации, соответственно происходит изменение времени жизни ПП, то есть изменение ширины резонанса. Кроме того, отметим, что форма самого резонанса не является симметричной,что, как было показано в предыдущей главе, влияет на форму отраженного отмагнитоплазмонной решетки лазерного импульса. Все эти факторы и приводят кнетривиальной временно́й зависимости экваториального МОЭК.В ходе работы была экспериментально продемонстрирована фемтосекунднаявременная зависимость экваториального магнитооптического эффекта Керра вмагнитоплазмонной решетке на основе железа с использованием лазерных импульсов с длительностью около 45 фс.
Эффект объясняется зависимостью дисперсии ПП от намагниченности материала. Изменение величины ∆(M, τ ) продемонстрировало временную зависимость экваториального эффекта Керра, котораяимеет положительную или отрицательую производную по времени, в зависимостиот положения центральной длины волны падающего импульса по отношению крезонансу ПП. Было достигнуто качественное согласие экспериментальных и расчетных данных, при использовании формы резонанса в виде лоренцевой линии.Глава IVПолностью оптическое переключение лазерного излученияв массивах нанодисков из гидрогенизированного аморфногокремнияОсновная идея полностью оптического переключения заключается в том, что припомощи одного лазерного луча, из-за его взаимодействия с некой средой, можноизменить состояние другого лазерного луча. Последнее десятилетие эта областьочень активно развивается, благодаря как развитию литографических технологий изготовления образцов, так и развитию фемтосекундных лазеров.
Важностьданного направления обусловлена, в первую очередь, ограничениями, связанными с использованием электронов в качестве носителей информации. Существуетострая необходимость поиска новых способов передачи и обработки информации,например, при помощи света. Нельзя не упомянуть важность совместимости новых элементов с уже существующими элементами микроэлектроники. Это налагает определенные требования к новым устройствам, например, предпочтительноиспользование КМОП-совместимых структур субмикронного размера.Рис.
68: Иллюстрация полностью оптического переключения в образцах массивовнанодисков.Данная глава посвящена экспериментальной реализации полностью оптического переключения в образцах массивов нанодисков из гидрогенизированногоПолностью оптическое переключение лазерного излучения...119аморфного кремния. На рисунке 68 показана основная идея: при помощи лазерного импульса “накачки” в массиве нанодисков изменяется оптическое пропускание,как за счет процесса двухфотонного поглощения так и из-за процесса генерациисвободных носителей.
Это изменение в зависимости от времени регистрируетсяпри помощи “зондирующего” импульса. В идеальном случае для внедрения такихустройств в технологию, переключение должно быть полным, то есть 100%, прислабых мощностях используемого лазерного излучения. Из-за малости нелинейнооптических эффектов для достижения заметного переключения необходимы большие поля, величина которых ограничена порогом повреждения образцов.
Это наблюдается, например, в работах по оптическому переключению в наноструктурахс резонансами локальных плазмонов. Использование резонансов Ми в диэлектрических наночастицах является более перспективным способом, так как в них ненаблюдаются омические потери, а повреждение образцов проявляется при больших мощностях оптического излучения.1. Экспериментальные образцы полностью диэлектрических наноструктур из гидрогенизированного аморфного кремнияДля возбуждения резонансов Ми в области работы титан-сапфирового лазера были изготовлены образцы нанодисков из гидрогенизированного аморфного кремния (a-Si:H) (А. C.
Шороховым в Австралийском национальном университете, г.Канберра). Гидрогенизированный аморфный кремний обладает большим значением нелинейно-оптических восприимчивостей [168], а также в нем времена релаксации носителей существенно меньше, чем в кристаллическом кремнии [119].Была изготовлена серия массивов нанодисков с различным радиусом. Первымэтапом была выращена пленка толщиной 130 нм a-Si:H при помощи плазмохимического осаждения.
Затем на нее центрифугированием была нанесена пленкаотрицательного электронного резиста. Методом электронно-лучевой литографиипроведено экспонирование областей нанодисков, и, после проявления, была получена серия массивов нанодисков из резиста на поверхности пленки гидроге-Полностью оптическое переключение лазерного излучения...120низированного аморфного кремния.
Массивы отличались радиусом нанодисков.Методом ионного травления были получены нанодиски высотой 130 нм на поверхности подложки из диоксида кремния. Радиус дисков подбирался таким образом,чтобы резонансы Ми находились в области перестройки титан-сапфирового лазера. У восьми образцов радиус изменялся от 105± 5 нм до 140± 5 нм. Пронумеруемобразцы от (i) до (viii): присвоим образцу с радиусом 140 ± 5 нм номер (i), а образцу с радиусом 105 ± 5 нм номер (viii). Также был изготовлен контрольныйобразец, у которого размер дисков был существенно меньше, чем у остальных,номер (ix), чтобы в области перестройки титан-сапфирового лазера резонансныхособенностей не наблюлось.
Период структуры для всех образцов был постоянным и равнялся 400 нм. Размеры каждого массива — 80 · 80 мкм2 . На рисунке 69представлено изображение образца с радиусом диска d ≈ 125 нм, полученное припомощи растрового электронного микроскопа.Рис. 69: Изображение образца массива нанодисков из гидрогенизированногоаморфного кремния, полученное при помощи растрового электронного микроскопа.Полностью оптическое переключение лазерного излучения...1212. Линейная спектроскопия коэффициента пропускания образцов массивов нанодисков2.1.
Экспериментальные результаты линейной спектроскопии коэффициента пропусканияДля измерения спектров коэффициента пропускания образцов использоваласьустановка аналогичная представленной в разделе 2.1, но в данном случае регистрировалось излучение, прошедшее через образец. Источником излучения былтитан-сапфировый лазер со спектральной шириной импульса на полувысоте около 60 нм. Спектры коэффициента пропускания, нормированные на спектр лазерного импульса, прошедшего через подложку, представлены на рисунке 70.
Вспектрах коэффициента пропускания образцов (vi)–(viii) наблюдаются два минимума. На примере образца (vi) их можно связать с возбуждением электрического(λr ≈ 725 нм) и магнитного (λr ≈ 770 нм) дипольных резонансов Ми в нанодиске.Длина волны, на которой возбуждается магнитный дипольный резонанс, пропорциональна произведению характерного геометрического размера наночастицы dна ее показатель преломления n.
Изменение спектрального положения резонансов происходит при изменении радиуса нанодисков. Отметим, что возбуждениерезонансов Ми не зависит от периода структуры и связано с геометрическимиразмерами одной частицы. От образца (viii) до образца (i) спектральное положение между двумя резонансами уменьшается. Для образца (i) наблюдается сильноеперекрытие резонансов, которое должно приводить к перераспределению электромагнитного поля в нанодиске.2.2. Зависимость спектров коэффициента пропускания от угла падения оптического излученияДля образца (i) была снята зависимость спектра коэффициента пропускания отугла падения оптического излучения для диапазона θ от −2◦ до 7◦ (рис.71) сшагом ∆θ ≈ 0.35◦ .
Было получено, что спектральное положение резонансов вданном угловом диапазоне не зависит от угла падения оптического излучения наПолностью оптическое переключение лазерного излучения...122Рис. 70: Графики зависимости спектров коэффициентов пропускания для серииобразцов нанодисков из гидрогенизированного аморфного кремния.образец. Это подтверждает то, что присутствующие резонансы в спектре пропускания не связаны с периодичностью структуры, так как тогда бы присутствовалазависимость положения минимума резонанса от угла падения оптического излучения на образец.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
