Диссертация (1150634), страница 2
Текст из файла (страница 2)
Существенную роль здесьиграет качество боковой поверхности кольца/диска: т.к. шепчущие модыраспространяются вдоль этой поверхности, шероховатости приводят к большимоптическим потерям, что значительно повышает порог генерации. Использованиеэлектронной литографии дает возможность добиться высокого разрешенияэкспозиции, что позволяет в дальнейшем обеспечить более гладкую боковуюповерхность,нежелисредствамиоптическойлитографии.Всвязисвышесказанным, разработка методики изготовления ультрамалых резонаторов сгладкой боковой поверхностью - задача, которая под силу только электронной илиUV литографии, и разработка и оптимизация методики изготовления такихрезонаторов представляет существенный интерес.Благодарясинтезуновыхматериалов(нитриды,органическиеполупроводники), в которых дипольный момент перехода велик по сравнению страдиционноиспользуемымарсенидомгаллия,появиласьвозможностьквазиконденсации экситон-поляритонов в микрорезонаторах при комнатнойтемпературе [37-52].
Это делает исследование оптических свойств таких структурчрезвычайно важным с точки зрения приложений. Порог генерации поляритонноголазера на порядки ниже порога лазера на фотонах [53], что в современноминформационном обществе, где передача данных по более энергоэффективнойтехнологии играет важнейшую роль, является существенной мотивациейисследованиятакихструктур.Полупроводниковыемикрорезонаторыснекогерентной накачкой (электрической или оптической) могут иметь различныеобласти применения, такие как оптические маршрутизаторы [54,55], источникитерагерцового излучения [56,58], скоростные оптические поляризационныепереключатели [59,60]. В этом контексте исследование микрорезонаторов соптической накачкой является важной задачей.Увеличение времени жизни экситон-поляритонов в области с высокойконцентрацией поляритонов вследствие диссипативной нелинейности [61-64] -7важный эффект, который может существенно влиять на работу поляритонныхустройств [51-58].
Наиболее удобный для исследований подход для описанияэкситон-поляритонного конденсата основан на приближении среднего поля ииспользовании уравнения Гросса-Питаевскоговолновойфункции.Привключениив[48] для макроскопическоймикрорезонаторнасыщающегосяпоглотителя возможно образование диссипативных солитонов [61-64], чтоявляется следствием наличия дополнительного нелинейного члена в уравнении.Анализ уравнения Гросса-Питаевского с диссипативной добавкой [65-67] иисследование оптических солитонов при реальных температурах являются важнымшагомвпониманиинасыщающегосясвойствпоглотителяполяритонноговконденсатамикрорезонаторе.вприсутствииНедавниеуспехипополяритонной конденсации на модах шепчущей галереи [68-70] также повышаютинтерес к разработке и исследованию микродисковых и микрокольцевых лазеров.Цель работы1) Целью теоретической части работы является:a.
моделирование оптических свойств композитных сред на основеметаллических нановключений эллипсоидальной формы,b. получение и исследование выражений для гиперполяризуемостинаноразмерной металлической полусферы, покрытой диэлектрической оболочкой,и оценка эффективности генерации второй гармоники такой структурой, учетвлияния острого края полусферы на интенсивность второй гармоники.c.
описание эффекта образования диссипативных солитонов, обусловленногопоявлением неустойчивости из-за областей с разным временем жизни вмикрорезонаторах с насыщающимся поглотителем.d.разработка теории электрически накачиваемого поляритонного лазерана основе нитрида индия для случая, когда уравнения экситонного резервуара неявляются феноменологическими, а выводятся на основании микроскопическойтеории.82) 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,содержащегоэллипсоидальныеметаллическиевключения.Нанокомпозит получен с помощью модификации стекла со сферическимисеребряными нановключениями фемтосекундным лазером.2. Теоретическом исследовании эффективности генерации второй гармоникинаноразмерной металлической полусферой, покрытой диэлектрической оболочкой.При этом получены выражения для гиперполяризуемости такой частицы иисследована зависимость гиперполяризуемости от материальных параметров.Рассчитано усиление генерации второй гармоники на частоте плазмонногорезонанса.
Оценено усиление локального поля на остром крае полусферы.3. Разработке методики изготовления дисковых микрорезонаторов рекордномалого размера по сравнению с микрорезонаторами с квантовыми точками,полученными ранее с помощью оптической литографии, демонстрации лазернойгенерации при комнатной температуре в этих микрорезонаторах. Выборе режимовтравления гетероструктуры, а также выбор первичной и вторичной маски.4. Разработке методики модифицикации поверхности пленки карбида кремния спомощью электронной литографии для последующего выращивания на такой9подложке пленки нитрида алюминия (пендеоэпитаксия). Благодаря созданиюнаноразмерной сетки углублений в пленке карбида кремния, механическиенапряжения в выращенной поверх карбида кремния пленке нитрида алюминияснижаются.5.
Описании образования солитонов в микрорезонаторах с насыщающимсяпоглотителем на основе диссипативного уравнения Гросса-Питаевского.6.Разработкетеоретическогоописанияполяритонноголазерасмикроскопическими уравнениями для резервуара и расчете концентрацийэкситонов и поляритонов, а также порога конденсации для реальной структуры.Практическая значимость работыПрактическая ценность работы заключается в том, что в диссертации1) Представлен теоретический подход, пригодный для описания нанокомпозитов сэллипсоидальныминановключениями.Этопредставляетинтересдляразработки пакетов прикладных программ для расчетов параметров такихкомпозитов.2) Исследованы эффективность генерации второй гармоники полусферическойнаночастицей в зависимости от толщины диэлектрического покрытия и влияниеострого края полусферы на величину гиперполяризуемости.
Это даетвозможность прогнозирования характеристик подобных структур при ихразработке.3) Разработана и оптимизирована методика изготовления сверхмалых дисковых икольцевых микрорезонаторов, содержащих InAs/InGaAs квантовые точки, чтосущественно для будущего производства таких структур.4) Разработана и оптимизирована методика модификации поверхности карбидакремния для последующей пендеоэпитаксии высококачественных пленокнитрида алюминия методом хлорид-гидридной газофазной эпитаксии.105) ИсследованоткликполяритонногоБозе-конденсатанаоптическуюиэлектрическую накачку, что существенно в связи с обеспечиваемой всовременныхматериалахприкомнатнойтемпературеполяритоннойквазиконденсации, которая представляет существенный интерес для созданияоптоэлектронных приборов нового поколения.Положения, выносимые на защиту:1.
Острый край полусферической металлической наночастицы существеннымобразом определяет ее гиперполяризуемость.2. Оптический дихроизм нанокомпозита, содержащего эллипсоидальныеметаллические нановключения в изотропной матрице, определяется какстепенью вытянутости наночастиц, так и их концентрацией.3. Предложенная методика с использованием электронной литографиипозволяет получать ультрамалые микродиски и микрокольца с гладкойбоковой поверхностью на основе твердого раствора InGaAs/InAs, в которыхвозможна лазерная генерация при комнатной температуре.4. Формирование на поверхности пленки карбида кремния сетки углублений снаноразмерным периодом приводит к повышению качества выращиваемыхна такой подложке пленок нитридных полупроводников. Сетка квадратныхуглублений с периодом 200 нм и глубиной 70 нм позволяет выращиватьненапряженный слой нитрида алюминия методом хлорид-гидриднойгазофазной эпитаксии.5.
Стохастическое уравнение Гросса-Питаевского, учитывающее рассеяниеполяритоновнаакустическихфононах,приучетедиссипативнойнелинейности позволяет описать поведение поляритонных солитонов вмикрорезонаторахтемпературах.снасыщающимсяпоглотителемприреальных116. Электрически накачиваемый поляритонный лазер с активной средой наоснове нитрида индия может быть описан посредством совместноиспользуемых уравнения Больцмана для экситонного резервуара иуравнений диффузии-дрейфа для носителей заряда; для расчета порогаконденсации экситонов эти уравнения надо дополнить уравнением ГроссаПитаевского.Личный вклад автораЛичный вклад автора заключается в построении теоретических моделей дляописания спектров поглощения композита, а также обработке и анализеэкспериментальных данных.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
