Диссертация (1150798), страница 12
Текст из файла (страница 12)
В случае исследований керровского вращения возможно использование автоколлимационной схемы с применением поляризационно нечувствительного светоделителя, в которой отражённый от образца лучпроходит по тому же оптическому пути, что и падающий. Недостатком этой конфигурации является потеря на делителе значительной части отражённого света.Как правило, вместо этого применялась схема, в которой падающий и отражённый пучки были разведены на небольшое расстояние (см. рис. 3.10) и в детектирующую схему направлялся весь отражённый свет. Углы поворота полуволновой и(опционально устанавливаемой) четвертьволновой пластинок 8 определяли режимрегистрации: детектирование шумов азимута плоскости поляризации или шумовэллиптичности (см. 3.2.1). Поляризационный делитель 9 разделял поток на дваортогонально поляризованных луча, падающих на площадки балансного фотодетектора 10.
В работе использовались балансные детекторы PDB410A, PDB460Aфирмы Thorlabs и 1607-AC-FC фирмы New Focus (Newport) c полосами пропускания 100, 200 и 650 МГц соответственно. Разностный сигнал с детектора поступаетв спектроанализатор 11 RSA5103A фирмы Tektronix. Спектроанализатор обеспечивает оцифровку сигнала (АЦП 14 бит, 300 Мвыб/с) и осуществляет его быстроепреобразование Фурье; максимальная ширина полосы захвата 110 МГц (в диапазоне от 0 до 3 ГГц).Рисунок 3.10 — Схема установки спектроскопии шумов керровского вращения.Расшифровка обозначений приведена в тексте.Установка также обеспечивает возможность осуществления быстрой спектроскопии отражения образцов.
Для этого часть света, падающего на образец,отводится на один фотодиод, а отражённый свет — на второй, и длина волнылазера 1 плавно сканируется. Это позволяет осуществлять оптическую экспрессхарактеризацию выбранной точки на образце, а также выполнять эксперименты пооптической спектроскопии спиновых шумов (см. 4.1).593.3.2Образец с квантовой ямой в брэгговском микрорезонатореФабри—ПероВ эксперименте исследовалась полупроводниковая структура, выращеннаяметодом молекулярно-пучковой эпитаксии (МПЭ). Установка МПЭ представляет собой высоковакуумную камеру (давление ∼ 10−8 торр), в которой на вращаемом манипуляторе с нагревателем размещается подложка. В тиглях эффузионныхячеек, расположенных напротив манипулятора, содержатся химические веществавысокой частоты (например, галлий, мышьяк, алюминий, индий, олово, кремнийи пр.).
Тигли нагреваются до высоких температур, что приводит к испарению веществ из ячеек и их осаждению на подложке. В таких условиях происходит регулируемый рост монокристаллических слоёв, структура которых задаётся структурой подложки. Метод МПЭ позволяет выращивать структуры с предельно низким количеством дефектов и определёнными с точностью до монослоя границамимежду слоями разного состава (гетерограницами). Подробное описание техникиМПЭ представлено в учебно-методическом пособии [103].Добротность резонатора (-фактор) определяется отражательной способностью образующих его зеркал. Крайне высокий коэффициент отражения (до99.99999%) могут обеспечить распределённые брэгговские отражатели (РБО).РБО представляет собой одномерный фотонный кристалл — чередование парслоёв веществ с различными показателями преломления.
Если оптическая толщина одной пары равна , то такая структура будет характеризоваться высокоэффективным отражением света в некоторой области длин волн, близких к = 4 (см.,напр., [104]). Спектральная ширина этой области определяется разницей показателей преломления веществ в слоях. Методом МПЭ возможно выращивание многослойных РБО, образующих высокодобротный интерферометр Фабри—Перо срезонаторным промежутком, сравнимым с длиной волны. Плотность мощностистоячей волны в подобном резонаторе может в тысячи раз превышать таковую висходном световом пучке [105], что приводит к высокой эффективности взаимодействия света с веществом внутри резонатора и многократному усилению оптических эффектов, в частности, эффекта Фарадея [106].Исследованный образец представляет собой полупроводниковый микрорезонатор, образованный РБО из чередующихся слоёв GaAs/AlGaAs и подробно60описан в работе [107].
Схема образца представлена на рис. 3.11 (толщины слоёвна схеме условны). Резонатор образован асимметричными зеркалами: со стороныподложки размещено 25 пар слоёв AlAs/Al0.1 Ga0.9 As, тогда как приповерхностное зеркало состоит из 15 слоёв. Это обстоятельство оказалось достаточно существенным с точки зрения поляриметрической чувствительности отражённогоот образца света к гиротропии резонаторного промежутка (см.
главу 4.1). Асимметричное исполнение резонатора позволяет компенсировать искажения оптического спектра, связанные с отличным от единицы показателем преломления подложки. В центре резонаторного промежутка расположена структура, образованная одной широкой (20 нм) и двумя узкими (2.6 нм) GaAs квантовыми ямами,разделёнными AlAs барьерами (10.2 нм). Остальной объём резонатора состоитиз тройного раствора Al0.1 Ga0.9 As. Такая структура, как было показано в работе [108], позволяет эффективно генерировать электронный газ в широкой квантовой яме при коротковолновом возбуждении. В случае, когда энергия фотонов подсветки phd выше энергии образования экситона с тяжёлой дыркой в узких ямах,электроны из зоны проводимости быстро проникают через минимум -долиныAlAs барьера в широкую КЯ.
Дырки туннелируют через барьер неэффективно,что и приводит к заполнению широкой КЯ долгоживущими электронами. Согласно оценкам работы [109], концентрация электронов в широкой КЯ прямо пропорциональна мощности фотолегирующей подсветки phd , достигающей узких ям:(︀ )︀ (phd )(см−2 ) ∝ 6 · 109 phd мВтсм2 .Важным свойством образца является наличие градиента ширины микрорезонатора по всей длине образца. На исследованном фрагменте образца ширинаизменяется так, что в резонаторном промежутке укладывается ровно один период волны с длиной 804 .
. . 814 нм1 . Положение фотонной моды резонатора фот.задаётся формулой фот. = 814.5 − 5.9 · (нм), где — положение пучка относительно края образца, выраженное в миллиметрах. Ширины КЯ при этом одинаковы в пределах всего образца. Перемещением точки фокусировки вдоль образца возможно плавное изменение значения отстройки фотонной моды резонатораот длины волны экситонного перехода. На рисунке 3.12 приведены спектры отражения от структуры в зависимости от положения светового пучка на образце,полученные методом, описанном в предыдущем параграфе. Пунктирными линиями обозначен примерный ход ветвей экситонов с лёгкой и с тяжёлой дыркой ℎ1Значение указано для волны в вакууме.61Рисунок 3.11 — Схематическое изображение структуры образца. 1 — подложка,2 — РБО, 3 — межзеркальное пространство шириной нм, 4 — слоиAl0.1 Ga0.9 As, 5 — GaAs КЯ 20 нм, 6 — AlAs барьеры 10.2 нм, 7 — узкие GaAs КЯ2 нм, 8 — защитный слой.−и ℎℎ , триона и фотонной моды.
Представленные спектры характеризуютсяболее широкими линиями резонансов, нежели в работе [107], что, предположительно, объясняется использованием перестраиваемого cw-лазера для полученияспектра — спектральная плотность мощности даже при небольших интенсивностях значительно выше, чем при использовании широкоспектрального источника,что приводит к фотоиндуцированному уширению резонансов. Присутствие в спектре трионного пика означает, согласно [107], что двумерная плотность электроновв КЯ не превышает значения ∼ 5 · 109 см−2 .
Для осуществления фотолегирования установка, представленная на рис. 3.10, была дополнена источником коротковолновой подсветки (длина волны ∼ 650 нм), направленным на образец сооснолинзе 4.3.3.3Экспериментальные результатыВ данном разделе представлены результаты исследования спектров спиновых шумов носителей в одиночной GaAs квантовой яме. Следует отметить,что шумовой сигнал от одиночной квантовой ямы был получен впервые благодаря применению высокодобротного микрорезонатора. Значительное увеличение62Рисунок 3.12 — Зависимость спектра отражения микрорезонатора с одиночнойквантовой ямой от положения светового пучка на образце.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
