WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 ||

Этот результат дает основание сделать вывод о том, ния, обусловленного ангармонизмом фононной системы, что влияние нанокристаллитов на линейные упругие является следствием специфического строения стекол, обладающего системой дефектов с широким распреде- свойства является несущественным. Анализ, проведенный в работе [12], показал, что следствием широкого лением времен релаксации, близким к равнораспределераспределения системы дефектов, определяющих поглонию. В этой роли может выступать система дефектов, щение звука, является то, что вклад таких дефектов в изменение скорости звука с температурой оказывается также несущественным. Расчет ангармонического вклада, обусловленного взаимодействием звуковой волны с тепловыми фононами, показал [11] (рис. 4, кривая 3), что именно таким взаимодействием определяются наблюдаемые температурные зависимости скорости звука, если принять значение усредненной константы Грюнайзена = 1.45.

Интересными в этом плане представляются результаты, полученные нами при исследовании нелинейных упругих свойств. Анализ пространственного развития спектра акустического потока (рис. 5), проведенный в работе [11], показал, что в нанокристаллических образцах нелинейный упругий коэффициент, определяемый скоростью нарастания второй гармоники, имеет аномально большую величину 30, в то время как в аморфных образцах 2.77. Учитывая, что по величине нелинейного упругого коэффициента можно определить константу Грюнайзена соответствующей фононной моды l =/2 [13], получаем l(n) = 15 для нанокристаллических и l(a) = 1.39 для аморфных образцов. Сравнивая эти значения l с приведенным выше значением, полу Рис. 3. Частотные зависимости коэффициента поглощения ченным из данных по зависимости v(T ), можно сказать, звука. Образцы: 1 — аморфные, 2 — с нанокристаллитами.

Штриховая прямая: ac f. что величина l(a) 1.4 действительно является Физика и техника полупроводников, 2001, том 35, вып. 662 Л.А. Кулакова, Б.Т. Мелех, Э.З. Яхкинд, Н.Ф. Картенко, В.И. Бахарев, Ю.П. Яковлев моники звуковой волны, но вклад его в усредненный параметр Грюнайзена незначителен. Похожие результаты были получены для слоистых кристаллов в работе [14].

3.5. Акустооптические свойства Известно, что эффективность брэгговской дифракции света на ультразвуковых волнах определяется параметром акустооптической добротности M2. В линейном режиме (малые интенсивности звука) I1 =(1/2)I0M2P(d/ cos )2, (1) (M2)ik = n6p2 /(v3), (2) i ik k где P — интенсивность звука, — длина волны света, d — ширина акустического пучка, — угол падения света, ni — показатель преломления, pik — компонента фотоупругого тензора, — плотность кристалла, vk — скорость звуковой волны; i, k = 1, 2, 3, 4, 5, 6, i —индекс Рис. 4. Температурная зависимость скорости звука v. Образполяризации света, k — индекс деформации в матричном цы: 1 — аморфные, 2 — с нанокристаллитами, 3 — расчетная представлении.

зависимость вклада фононных мод.

Как видно из соотношения (2), наиболее перспективными для создания акустооптических модуляторов являются материалы с большим показателем преломления и малой скоростью звука, что весьма характерно для полученного сплава (см. табл. 1). Действительно, как указано выше, наши измерения [4] показали, что при = 10.6 мкм соединение Si20Te80 обладает рекордно высокой акустооптической эффективностью брэгговской дифракции (табл. 2). Но в величине оптической прозрачности в этой области спектра полученное нами соединение существенно проигрывало монокристаллическому Ge (см. табл. 2), который широко используется Рис. 5. Изменение интенсивности компонент основной частоты (P1) и второй гармоники (P2) в зависимости от расстояния от входного преобразователя; 1, 3, 5 — P1, 2, 4, 6 — P2.

Образцы: 1, 2 — аморфные, 3–6 — с нанокристаллитами.

характеристикой ангармонизма фононной системы и не зависит существенным образом от исследуемой нами системы нанокристаллитов.

Большое значение l(n) = 15, измеренное нами в нанокристаллических образцах, обусловлено, по нашему Рис. 6. Зависимость глубины модуляции от акустической мнению, ангармонизмом сил связи на границах нанокримощности в различных областях ИК спектра,, мкм: 1 — 1.87, сталлитов, который и приводит к генерации второй гар- 2 —3.3, 3 — 3.39, 4 — 10.6.

Физика и техника полупроводников, 2001, том 35, вып. Физические свойства сплава Si20Te80 с различной степенью структурного совершенства... в различного рода практических устройствах. Поэтому Исследование модулятора показало, что в более коактуальной представлялась задача, с одной стороны, ротковолновой области ИК диапазона ( = 1.87 мкм, определения фотоупругих свойств и оптической прозрач- = 3.3мкм) M2 слегка уменьшается (на 10–30%).

ности материала в другой области ИК спектра, а с дру- Однако, благодаря увеличению эффективности дифракгой — выявления механизма столь высокого оптического ции как 1/2 при переходе в соответствующую область, поглощения в исследуемых стеклах и поиска методов возможно достижение глубины модуляции 90% уже при акустической мощности 0.5 Вт (см. рис. 6).

снижения его величины.

Изменение времени задержки модулирующего звукоС целью изучения фотоупругих свойств исследуемых вого импульса создает возможность выделения из свестекол нами были измерены параметры акустооптичетового импульса требуемого участка. Это важно при ской добротности в широком интервале ИК диапазона больших рабочих токах полупроводникового лазера, ко( = 1.87, 3.3, 3.39 и 10.6 мкм). Эти измерения показали, гда за время импульса происходит изменение длины что стекла Si20Te80 обладают рекордно высокой акустоволны излучения за счет токового разогрева лазера. Дооптической эффективностью во всем исследованном диаполнительная модуляция с помощью акустооптического пазоне длин волн (рис. 6, табл. 2) и являются прекрасным модулятора позволяет выделить короткий сигнал ”мономатериалом для создания акустооптической ячейки.

хроматического” излучения с нужной длиной волны в Следует отдельно отметить, что появление нанокрипределах, определяемых импульсным разогревом лазера.

сталлитов в сетке стекла не сказывается заметным обраБлагодаря большой акустооптической эффективности зом на величине M2.

и достаточно высокому быстродействию ( 0.3мкс) модулятор может быть использован как для отклонения и модуляции непрерывного излучения, так и в диодной 4. Акустооптический модулятор лазерной спектроскопии для селекции мод.

На основании проведенных исследований нами был 5. Заключение разработан и испытан высокоэффективный акустооптический модулятор, работающий в диапазоне длин волн Таким образом, в работе установлено, что в результате = 1.87-10.6мкм.

различных режимов охлаждения сплава структура его Модулятор состоит из акустооптической ячейки размепретерпевает изменения: охлаждение в ледяной воде дает ром 5 5 5мм3, резонансного пьезоэлектрического аморфную структуру, а при охлаждении на воздухе в преобразователя (40–150 МГц), приклеиваемого к торцу сетке стекла возникает система нанокристаллитов Te ячейки (апертура звукового луча 2.5мм), и высокоразмером, как правило, около 100.

частотного генератора. Как уже упоминалось выше, в Исследования электрических свойств показали, что качестве источников света исопользовались как газовые, такая система кристаллитов не является причиной изметак и полупроводниковые лазеры:

нения электропроводности в результате термоциклироа) газовые лазеры: = 10.6мкм(CO2) и = 3.39 мкм вания в тонких образцах. В объемных образцах также нет (He–Ne) мощностью 5 Вт и 100 мВт соответственпрямой корреляции температурной зависимости элекно; б) диодный лазер: = 3.3 мкм, охлаждаемый тропроводности с изменениями структуры из-за различжидким азотом на основе двойных гетероструктур ных режимов закалки. Выяснение механизма наблюдаеInAsSbP/InGaAsSb ( = 3.3мкм, мощностью 40 мВт мых изменений электропроводности является предметом в импульсе при I = 6A, = 5мкс, f = 500 Гц).

дальнейших исследований.

Излучение отводилось с помощью оптического волокна Возникновение нанокристаллитов не приводит к зана основе As2S3; в) диодный лазер: = 1.87 мкм, метному ухудшению акустооптической эффективности, работающий при комнатной температуре на основе двойа также к изменению поглощения и скорости звука. На ной гетероструктуры GaInAsSb/GaAlAsSb, выращенной основании анализа данных о температурных и частотных на подложке GaSb, (мощность 1мВт в импульсе при зависимостях поглощения и скорости звука показано, 1мкс, f = 50 Гц).

что усредненная константа Грюнайзера, характеризуюДля каждой из областей ИК диапазона применялся щая ангармонизм фононной системы сетки стекла, имеет соответствующий фотоприемник: а) = 1.87 мкм — величину 1.4 и не зависит существенным образом быстродействующий p-i-n-фотодиод; б) = 3.3мкм, от исследуемой нами системы нанокристаллитов.

3.39 мкм — охлаждаемый жидким азотом InSb-фотодиод; Наличие кристаллитов существенным образом пров) = 10.6 мкм — охлаждаемый жидким азотом является в изменении нелинейных упругих свойств.

HgTeCdTe-фотодиод. Проведенные исследования выявили наличие аномально Из прямых измерений и из наших оценок получено большого ангармонизма сил связи (l(n) 15) на гранизначение коэффициента акустооптической эффективно- цах с нанокристаллитами, что помимо фундаментального сти M2 = 5.46 · 10-15 с3/г ( = 10.6мкм) (см. табл. 2), значения для понимания характера соответствующих которое в 7–8 раз превышает величину M2 для широко сил связи, имеет прикладное значение. Возможность реиспользуемых в ИК акустооптике монокристаллов Ge. гистрации генерации высших гармоник ультразвуковой Физика и техника полупроводников, 2001, том 35, вып. 664 Л.А. Кулакова, Б.Т. Мелех, Э.З. Яхкинд, Н.Ф. Картенко, В.И. Бахарев, Ю.П. Яковлев волны, возникающей вследствие вышеупомянутого боль- Physical properties of the Si20Te80 alloy шого ангармонизма сил связи, может служить методом of different structural perfection and its диагностики наличия в сетке сплава системы нано- и application for acoustooptic devices микрокристаллитов.

L.A. Kulakova, B.T. Melekh, E.Z. Yakhkind, В результате исследования оптических свойств сплава N.F. Kartenko, V.I. Baharev, Yu.P. Yakovlev Si20Te80 нами обнаружено существенное увеличение его оптической прозрачности в образцах, охлажденных на Ioffe Physicotechnical Institute, воздухе и включающих в себя систему нанокристалRussian Academy of Sciences, литов. Этот результат следует особенно подчеркнуть, 194021 St. Petersburg, Russia поскольку он определяет метод получения сплава, сравнимого по этому параметру с лучшими оптическими

Abstract

The Si20Te80 glasses of various structural perfection ИК материалами, такими как монокристаллический Ge.

fabrication techniques are presented. The data on the basic Последнее обстоятельство становится особенно значиparameters of the material are obtained: the refraction parameter, мым при создании акустооптических модуляторов, если the coefficient of optical absorption, density, the thermoconducучесть обнаруженную нами в исследуемом сплаве ре- tivity and the heatcapacity. Electrical, acoustic and acoustooptic properties and also optical absorption dispersion of the alloys кордно высокую акустооптическую эффективность.

obtained are investigated in a wide range of temperatures and Исследование комплекса свойств полученного сплава frequencies. The comparative analysis of the properties of therSi20Te80 дало возможность создать на его основе высоmocircled and hardened in different way samples has been carried коэффективный акустооптический модулятор, позволяюout. The feasible mechanisms of the phenomena are discussed.

щий управлять оптическим ИК излучением в широком It is shown, that the alloys are very promising in fabrication of диапазоне длин волн (отклонение, модуляция, селекция different effective acoustooptic devices. The modulator based on лазерных мод).

the Si20Te80 acoustooptic cell and operating in the 1.87–10.6 µm light wavelength range has been manufactured and tested.

Авторы благодарны В.Х. Кудояровой за помощь в проведении измерений оптического пропускания исследуемых стекол, А.Б. Матвееву за предоставление диодного лазера ( = 3.3мкм) для проведения измерений.

Работа выполнена при поддержке Российского фонда фундаментальных исследований (грант № 98-02-18305).

Список литературы [1] П.П. Серегин, Э.Ю. Тураев, А.А. Андреев, Б.Т. Мелех.

Физика и химия стекла, 5 (3), 375 (1979).

[2] М.С. Аблова, А.А. Андреев, Б.Т. Мелех, З.В. Маслова, Р.М. Индрисова, Т.Б. Жукова. Физика и химия стекла, 14 (3), 413 (1988).

[3] Б.Т. Мелех, М.С. Аблова, И.Б. Берман, Т.Б. Жукова, З.В. Маслова. Матер. конф. ”Некристаллические полупроводники-89” (Ужгород, Украина, 1989) т. 1, с. 136.

[4] Ю.В. Илисавский, Л.А. Кулакова, Б.Т. Мелех, Э.З. Яхкинд.

Акуст. журн., 40 (2), 307 (1994).

[5] R.W. Dixon. IEEE J. Trans., QE-3 (2), 85 (1967).

[6] E.J. Papadakis. J.Ac. Soc. Amer., 42 (5), 1045 (1967).

[7] D.A. Pinnow. IEEE J. Trans., QE-6, 223 (1970).

[8] Y. Ohmachi, N. Uchida. Appl. Phys., 43 (4), 1709 (1972).

[9] Ю.К. Ребрин. Управление оптическим лучом в пространстве (М., Сов. радио, 1977).

[10] S. Fukuda, T. Shiosaki, A. Kawabata. Jap. J. Appl. Phys., 19 (11), 2075 (1980).

[11] Л.А. Кулакова. Физика и химия стекла, 26 (6), 839 (2000).

[12] Ю.В. Илисавский, Л.А. Кулакова, В.В. Тихонов. ФТТ, 31 (8), 153 (1989).

[13] У. Мэзон. Физическая акустика (М., Мир, 1968) т. 3, ч. Б, с. 313.

[14] Л.А. Кулакова. ФТТ, 42 (1), 51 (2000).

Pages:     | 1 ||



© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.