Автореферат (1150633)
Текст из файла
на правах рукописиКарпов Денис ВикторовичРезонансные явления в активных и нелинейныхнаноструктурах фотоникиспециальность 01.04.07 - Физика конденсированного состоянияАвторефератдиссертации на соискание ученой степеникандидата физико-математических наукСанкт-Петербург – 20172Работа выполнена в Санкт-Петербургском национальном исследовательскомАкадемическом университете Российской академии наукНаучный руководитель:Липовский Андрей Александровичдоктор физико-математических наук, профессор,профессор Санкт-Петербургского национальногоисследовательского Академического университетаРоссийской академии наукОфициальные оппоненты:Зубков Василий Ивановичдокторфизико-математическихнаук,доцент,профессор Санкт-Петербургского государственногоэлектротехнического университета «ЛЭТИ» им.В.И.
Ульянова (Ленина), г. Санкт-ПетербургКовалёв Вадим Михайловичкандидатфизико-математическихнаук,зав.лабораторией Института физики полупроводников им.А.В. РжановаСибирскогоотделенияРАН,г. НовосибирскВедущая организация:федеральное государственное бюджетное учреждениенауки «Физико-технический институт им. А.Ф.Иоффе» РАН, г. Санкт-ПетербургЗащита состоится «» _______ 2017 г. в __ часов на заседании диссертационногосовета Д 212.232.33 по защите докторских и кандидатских диссертаций при СанктПетербургском государственном университете по адресу: 198504, Санкт-Петербург,Петродворец, ул. Ульяновская, д. 1, малый конференц-зал.
С диссертацией можноознакомиться в библиотеке им. М. Горького Санкт-Петербургского государственногоуниверситета по адресу: 199034, Санкт- Петербург, Университетская наб., д.7/9.Диссертация и автореферат размещены на сайте СПбГУ disser.spbu.ru.Отзывы на автореферат в 2-х экземплярах просим направлять по адресу: 198504, СанктПетербург, Петродворец, ул. Ульяновская, д. 1, учёному секретарю диссертационногосовета Д 212.232.33 Поляничко А.М.Автореферат разослан «» _________ 2017 года.Ученый секретарьдиссертационного совета Д 212.232.33канд. физ.-мат. наук, доцентПоляничко А.М.3Актуальность проблемыЛинейные и нелинейные оптические свойства сред на основе металлических иполупроводниковых наноструктур представляют большой интерес с точки зренияприложений.
Особый интерес представляют композитные среды, состоящие измезоскопических включений, которые существенно изменяют оптические свойстваматериала. Оптические свойства композита сильно зависят от формы и концентрациичастиц. В случае металлических наночастиц падающий свет может возбуждатьлокализованные плазмоны [1], что значительно меняет спектр поглощения материала,а также приводит к эффекту усиления комбинационного рассеяния света наповерхности частицы (SERS) [2], при этом положение резонанса сильно зависит отформы наночастиц [3]. Расчет эффективных характеристик материала полученноговытягиванием наночастиц с помощью фемтосекундных лазерных импульсов [4],позволяет определить аспектное отношение сфероида, концентрацию включений итолщину слоя с наночастицами на основе спектроскопических данных.Нелинейные оптические свойства стеклометаллических нанокомпозитов [5]также представляют интерес как для фундаментальных, так и для прикладныхисследований.
На поверхности стекла могут быть выращены металлическиенаночастицы, имеющие форму полусферы. По причине отсутствия центра симметриии из-за близости границы раздела стекло-металл такие частицы обладают ненулевойгиперполяризуемостью [6], которая определяет возможность генерации второйгармоники [7]. В случае полусферической наночастицы локальное электрическое полесветовой волны максимально в области острого края полусферы вблизи подложки, всвязи с этим оценка вклада острого края и определение области наибольшего выходанелинейного сигнала представляются важными.Вработетакжерассматриваютсяполупроводниковыекольцевыемикрорезонаторы [8] с активной средой на основе InAs/InGaAs квантовых точек. Такиеструктуры являются альтернативой структурам с квантовыми ямами благодарятемпературной стабильности лазеров на их основе, которая обусловлена трехмернымограничением носителей заряда в квантовой точке, и высокой добротности модшепчущейгалереивкольцевыхрезонаторах.Кольцевыемикрорезонаторыперспективны в качестве электрооптических модуляторов [9], а электрическинакачиваемые кольцевые резонаторы в сочетании с оптическими волноводами могут4быть использованы как оптические модуляторы в интегральных схемах, в том числедля применений в межчиповой и внутричиповой передаче данных, а также воптическихфильтрах[10].Разработкаметодикиизготовленияультрамалыхрезонаторов, использующих моды шепчущей галереи - важная задача с точки зренияих интеграции в оптические схемы и минимизации энергопотребления.
Использованиеэлектроннойлитографиидаетвозможностьдобитьсявысокогоразрешенияэкспозиции, что позволяет в дальнейшем обеспечить более гладкую боковуюповерхность, и значительно снизить порог генерации.Благодаря синтезу новых материалов (нитриды, органические полупроводники),в которых дипольный момент перехода велик по сравнению с традиционноиспользуемым арсенидом галлия, появилась возможность квазиконденсации экситонполяритонов в микрорезонаторах при комнатной температуре [11]. Это делаетисследование оптических свойств таких структур чрезвычайно важным с точки зренияприложений. Порог генерации поляритонного лазера на порядки ниже порога лазерана фотонах [12]. Полупроводниковые микрорезонаторы с некогерентной накачкой(электрической или оптической) могут иметь различные области применения, такиекак оптические маршрутизаторы [13], источники терагерцового излучения [14],скоростные оптические поляризационные переключатели [15].
В этом контекстеисследование микрорезонаторов с оптической накачкой является важной задачей.Увеличение времени жизни экситон-поляритонов в области с высокойконцентрацией поляритонов вследствие диссипативной нелинейности [16] - важныйэффект, который может существенно влиять на работу поляритонных устройств. Привключении в микрорезонатор насыщающегося поглотителя возможно образованиедиссипативных солитонов, что является следствием дополнительного нелинейногочлена в уравнении Гросса-Питаевского. Исследование оптических солитонов приреальных температурах является важным шагом в понимании свойств поляритонногоконденсата в присутствии насыщающегося поглотителя в микрорезонаторе.Цель работы1) Целью теоретической части работы является:a.моделированиеоптическихсвойствкомпозитныхметаллических нановключений эллипсоидальной формы,среднаоснове5b.получениеиисследованиевыраженийдлягиперполяризуемостинаноразмерной металлической полусферы, покрытой диэлектрической оболочкой, иоценка эффективности генерации второй гармоники такой структурой, учет влиянияострого края полусферы на интенсивность второй гармоники.c.
Описание эффекта образования диссипативных солитонов, обусловленногопоявлениемнеустойчивостииз-заобластейсразнымвременемжизнивмикрорезонаторах с насыщающимся поглотителем.d. Разработка теории электрически накачиваемого поляритонного лазера наоснове нитрида индия для случая, когда уравнения экситонного резервуара неявляются феноменологическими, а выводятся на основании микроскопической теории.2) Целью технологической части работы является:a. изготовление рекордно малых дисковых/кольцевых микрорезонаторов сквантовыми точками и демонстрация лазерной генерации в таких структурах прикомнатной температуре.b. Разработка методики по уменьшению механических напряжений путеммодификацииподложкикарбидакремниядлявыращиваниянанейвысококачественных пленок нитридных полупроводников.Научная новизна работыНаучная новизна работы состоит в решении следующих конкретных задач:1.
Разработке модели для описания экспериментального спектра поглощениянанокомпозита,Нанокомпозитсодержащегополученсэллипсоидальныепомощью модификацииметаллическиестекласовключения.сферическимисеребряными нановключениями фемтосекундным лазером.2. Теоретическом исследовании эффективности генерации второй гармоникинаноразмерной металлической полусферой, покрытой диэлектрической оболочкой.При этом получены выражения для гиперполяризуемости такой частицы и исследованазависимость гиперполяризуемости от материальных параметров.
Рассчитано усилениегенерации второй гармоники на частоте плазмонного резонанса. Оценено усилениелокального поля на остром крае полусферы.63. Разработке методики изготовления дисковых микрорезонаторов рекордно малогоразмера по сравнению с микрорезонаторами с квантовыми точками, полученнымиранее с помощью оптической литографии, демонстрации лазерной генерации прикомнатной температуре в этих микрорезонаторах. Выборе режимов травлениягетероструктуры, а также выбор первичной и вторичной маски.4. Разработке методики модифицикации поверхности пленки карбида кремния спомощью электронной литографии для последующего выращивания на такойподложке пленки нитрида алюминия (пендеоэпитаксия).
Характеристики
Тип файла PDF
PDF-формат наиболее широко используется для просмотра любого типа файлов на любом устройстве. В него можно сохранить документ, таблицы, презентацию, текст, чертежи, вычисления, графики и всё остальное, что можно показать на экране любого устройства. Именно его лучше всего использовать для печати.
Например, если Вам нужно распечатать чертёж из автокада, Вы сохраните чертёж на флешку, но будет ли автокад в пункте печати? А если будет, то нужная версия с нужными библиотеками? Именно для этого и нужен формат PDF - в нём точно будет показано верно вне зависимости от того, в какой программе создали PDF-файл и есть ли нужная программа для его просмотра.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
