Диссертация (1150798), страница 11
Текст из файла (страница 11)
3.1а). Рисунок 3.7 иллюстрирует зависимость спектров от плотности мощности зондирующего света. Для исследования была выбрана длина волны 865.2 нм,в которой классическая балансная схема уже малоэффективна. Мощность светав каждом канале поддерживалась на одном уровне 1.5 мВт, в то время как плотность мощности пучка в сечении каустики варьировалась от 6 до 130 кВт/см2 , чтосоответствовало 100 мВт полной мощности света. Амплитуда сигнала, как видноиз рис. 3.7б, растёт прямо пропорционально полной мощности светового потокачерез образец. Также растёт и ширина линии.
Вопрос природы фотоиндуцированного уширения рассмотрен в работе [55].На рисунке 3.8 представлены графики зависимостей площади пика и его ширины от длины волны зондирующего света при плотности мощности 76 кВт/см2 (в53Рисунок 3.7 — Зависимость спектра шумов ФВ от плотности мощности света вгеометрии ВПЭ: (а) форма спектров; (б) зависимость площади под графиком иполуширины линии от плотности мощности света. Длина волны 865.2 нм,температура 5 К.геометрии ВПЭ) и 6 кВт/см2 (в стандартной геометрии). График площади пиканаглядно демонстрирует эффект от использования геометрии ВПЭ: при прежнихвременах накопления сигнал остаётся доступным для регистрации до 918 нм.Рисунок 3.8 — Зависимости площади пика (а) и его ширины (б) от длины волны встандартной геометрии и в геометрии ВПЭ.54Сопоставление результатов измерений в симметричной и асимметричнойсхемахНаконец, было выполнено сравнение эффективностей двух реализаций геометрии ВПЭ, представленных на рис.
3.1а и 3.1б. Для этого были построены графики зависимости амплитуды сигнала от плотности мощности проходящего через образец света с использованием обеих схем, при этом интенсивность света вкаждом канале поддерживались на одном уровне. Результат этого экспериментапредставлен на рисунке 3.9 и полностью совпадает с оценками раздела 3.1. Прималых световых потоках угол поворота поляризаторов достаточно велик, по√этому вплоть до значений угла , при котором cos = 1/ 2 ( ≈ 0.57 радиан),асимметричная схема выигрывает в чувствительности. Однако при уменьшениизначений угла , соответствующих большим значениям мощности зондирующегосвета, отношение полезного сигнала к шуму в симметричной схеме увеличивает√ся, приближаясь к разнице в 2 раз по сравнению с асимметричной (в соответствии с уравнениями (3.5), (3.6)). Этот результат также интуитивно понятен: приуглах ≈ 45∘ обе геометрии аналогичны классической, однако симметричнаясхема проиграет в чувствительности из-за потери половины анализируемого света.
С уменьшением угла чувствительность асимметричной схемы снижается из-затого, что в одном из каналов полезный сигнал пренебрежимо мал (см. рис. 3.2б).Рисунок 3.9 — Зависимость интегрального сигнала от плотности мощности присимметричной и асимметричной схемах геометрии ВПЭ.55В заключение данного раздела можно утверждать, что полученные результаты достаточно убедительно демонстрируют возможности существенного повышения чувствительности и расширения спектрального диапазона за счёт применениягеометрии ВПЭ. Несмотря на то, что метод ССШ считается номинально невозмущающим, из приведённых графиков видно, что даже в области прозрачности системы при использовании зондирующего света с высокой плотностью мощности,характерной для геометрии ВПЭ, эффекты оптического возмущения среды становятся существенными.
Этот факт, с одной стороны, накладывает ограниченияна предельные мощности зондирующего пучка, но с другой стороны, предоставляет возможности исследования нелинейных процессов взаимодействия света свеществом. Кроме того, как было показано в работе [99], спектральный вклад отвозмущения системы, вносимого зондирующим светом, может быть при необходимости учтён и отделён от чистого флуктуационного вклада. Исследования методом спектроскопии спиновых шумов микрорезонаторных образцов нелинейныхэффектов, сопутствующих высоким плотностям электромагнитного поля в среде,составили также содержание разделов 4.2 и 5.1.3.3Спектроскопия спиновых шумов носителей заряда в одиночнойквантовой ямеИз формулы (2.14) следует, что увеличить измеряемый сигнал можно нетолько увеличением светового потока при сохранении сечения пучка, но и удлинением оптического пути.
Тривиальным способом оптический путь можно увеличить, взяв образец большей толщины. Недостатки такого метода очевидны как изпостроений раздела 2.2.3, так и из общих соображений: увеличить толщину слоистых структур можно только за счёт выращивания нескольких периодов идентичных объектов, например, МКЯ или слоёв, содержащих большое количествоквантовых точек. Помимо технологической сложности в достижении идентичности структур (в особенности самоорганизованных КТ), свойства близко расположенных квантовых объектов могут существенно отличаться от одиночных плёнок.Хотя многослойные структуры представляют существенный интерес для многихнаправлений исследований, в частности, для лазерной генерации (см.
напр., [100]),56и техника ССШ была успешно реализована на содержащей МКЯ структуре [52] ина ансамбле КТ [54], важной задачей является исследование таких структур, какодиночные квантовые ямы или точки.Крайне эффективным подходом к решению такой задачи является использование оптических резонаторов. Исторически научный интерес к объёмным резонаторам, по-видимому, был положен работой лорда Рэлея о модах шепчущейгалереи. В первой половине XX-го века — не в последнюю очередь в связи с высокой практической значимостью — получили исследования электромагнитныхволн радиочастотного диапазона, в частности, микроволновых объёмных резонаторов. Эти разработки привели к созданию мазеров — когерентных микроволновых излучателей.
А. М. Прохоров в лекции, прочитанной на церемонии врученияНобелевской премии, говорил: «Казалось бы, что после создания мазеров в радиодиапазоне вскоре будут созданы квантовые генераторы и в оптическом диапазоне.Однако этого не случилось. Они были созданы только через 5–6 лет. Чем это объясняется? Здесь были две трудности. Первая трудность заключалась в том, чтотогда не были предложены резонаторы для оптического диапазона волн, и вторая — не были предложены конкретные системы и методы получения инверснойзаселенности в оптическом диапазоне волн».
Для решения задачи создания лазерабыло предложено использовать вместо объёмных открытые резонаторы макроскопических размеров, значительно превышающих длины волн усиливаемого диапазона. Однако с развитием технологий фабрикации полупроводниковых структурстало возможным и изготовление микрорезонаторов, размеры которых сравнимыс длиной волны света.Следует отметить, что использованием в квантовых оптических генераторах сфера применения резонаторов, конечно, не ограничивается. Эталон Фабри—Перо, состоящий из двух посеребрённых отражающих параллельных пластин, былизобретён ещё в 1899 г. для решения интерферометрических задач. В 40-х гг.XX века в инфракрасной оптике посредством плоских [101] или вогнутых [102]глухих зеркал достигалось существенное увеличение оптического пути для повышения эффективности спектроскопических исследований.
Комбинация всех этихдостижений привела впоследствии к появлению нового направления физики полупроводников — физики квантовых структур в микрорезонаторах. В этом разделепредставлено исследование динамики электронов в зоне проводимости одиноч-57ной GaAs квантовой ямы, размещённой в GaAs/AlGaAs микрорезонаторе методомспектроскопии спиновых шумов.3.3.1Экспериментальная установка спектроскопии шумов керровскоговращенияВ нижеизложенных исследованиях все эксперименты выполнялись на установке спектроскопии спиновых шумов, созданной в лаборатории оптики спинаСанкт-Петербургского государственного университета. На рисунке 3.10 изображена схема этой установки, предназначенной для исследования шумов фарадеевского либо керровского вращения (вращения плоскости поляризации отражённого света) в полупроводниковых структурах.
Источником монохроматическогоизлучения 1 служит титан-сапфировый cw лазер «ТиДи-скан» фирмы ТехноСканс накачкой DPSS-лазером Sprout. Диапазон перестройки длин волн определяетсякомплектом зеркал; во всех представленных в данной работе экспериментах былиспользован комплект на диапазон 750-850 нм. Лазерная система обеспечиваетплавную автоматическую перестройку длины волны во всём диапазоне с точностью до 0.005 нм, спектральная ширина излучения < 1 ГГц. Мощность излучённого света поддерживается на постоянном уровне благодаря использованию стабилизатора мощности 2 LPC фирмы BEOC, колебания составляли не более 0.3%от полной мощности излучения. Поляризация света задавалась поляризатором 3 спараметром экстинкции не менее 104 :1. Лазерный луч фокусировался линзой 5 наобразце 6, размещённом в криостате 7.
Были использованы стандартные плосковыпуклые сферические линзы из набора фирмы Thorlabs с фокусным расстоянием50 и 75 мм, реже 100 и 150 мм. Гелиевый криостат замкнутого цикла Cryostationфирмы Montana Instruments обеспечивает охлаждение держателя с образцом до3.5 К, амплитуда вибраций держателя составляет менее 5 нм. Камера криостата оснащена электромагнитным модулем с максимальным значением магнитного поля между сердечниками 0.7 Тл. Поскольку лазерный луч имеет некоторуюрасходимость, дополнительное расширение пучка, как правило, не требовалось.Диаметр пучка, проходящего через линзу, был равен 4–6 мм, что обеспечивалодостаточно острую фокусировку (сечение каустики в такой схеме было измере-58но и оказалось равным ∼13–15 мкм).
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
