WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 || 3 |

При таком расстоянии излучение, отраженное торцом, пассивную область), отличался от спектра излучения в возвращалось в активную область сразу после окончания накачивавшейся (активной) области слоя GaAs. Наприимпульса накачки. Сдвиг Y, приближавший активную мер, спектр излучения в активной области, измеренный Физика и техника полупроводников, 2005, том 39, вып. 684 Н.Н. Агеева, И.Л. Броневой, А.Н. Кривоносов, С.Е. Кумеков, Т.А. Налет, С.В. Стеганцов для такого же образца и такой же накачки (см. рис. 2 получаем соотношение в нашей работе [10]), имел максимум при энергии T · cg 4 Y, (1) фотона s 1.39 эВ. А в настоящей работе участок спектра, включавший энергию фотона s = 1.39 эВ, позволяющее сделать оценку периода модуляции находился на спаде спектра излучения, выходившего из T 4пс. Здесь c0 — скорость света в вакууторца образца. Заметим, что поглощение излучения в ме, ng = 5.1 — „групповой“ показатель преломлепассивной области должно приводить к ее частичному ния [11,12]. Значение ng обусловлено сильной дисперсипросветлению.

ей в полупроводнике в той спектральной области, к коКак видно на вставке к рис. 2, зависимость We = f (Y ) торой относится стимулированное излучение. Отметим при фиксированном s оказалась почти периодически соответствие полученной оценки периода модуляции T модулированной. Измерение интегральной по спектру и параметрам обнаруженной модуляции двух других хапо времени энергии излучения S показало, что зависирактеристик излучения, описываемых далее. Во-первых, мость S = f (Y ) модулирована так же, как и одновреприблизительно с таким периодом 4пс оказалась менно полученная We = f (Y ) (рис. 2). Но, как будет модулирована зависимость энергии излучения от вреобъяснено далее, при некоторых особенных энергиях мени задержки между двумя импульсами накачки.

s зависимость We = f (Y ) оказывалась модулирована Во-вторых, обнаруженная модуляция спектра излучения иначе, чем S = f (Y ). Заметим, что энергия излучения, соответствовала модуляции излучения во времени с представленного графиком на вставке, была больше, периодом 4пс.

чем на графике We = f (Y ) на самом рисунке. С этим, Как уже пояснялось, квазипериод модуляции зависивидимо, и связано то, что квазипериод на графике мости S = f (Y ) отличался от квазипериода зависимона вставке 40 мкм меньше квазипериода (интервала сти We = f (Y ) на вставке на рис. 2, который составлял между локальными максимумами) на графике на самом рисунке 60 мкм. Модуляция зависимости интеграль- 40 мкм. Для такого квазипериода полученная аналогичным образом оценка периода T составляла 2.7 пс.

ной энергии спектра излучения от расстояния между Это не сильное отличие от полученной выше оценки активной областью и торцом, причем со значениями T 4 пс, видимо, отвечает тому, что, как уже отмечаквазипериода, превышавшими на 2 порядка длину волны лось, энергия излучения, для которого измерялся граизлучения в GaAs, представлялась не совсем обычной.

Ее невозможно объяснить простой интерференцией ге- фик We = f (Y ) на вставке, была больше энергии того излучения, для которого измерялся график S = f (Y ).

нерируемого и отраженного от торца излучений, т. е. в рамках применимости принципа суперпозиции. Остается При изменении Y (с разрешением 0.01 мм), как обнапредполагать, что исследуемое излучение является эле- ружилось, кардинально менялась форма спектра излучементом нелинейной системы, включающей в себя еще и ния We = f ( s ). Поочередно гладкий спектр сменялся фотовозбужденный полупроводник, и импульсы накачки. модулированным локальными выступами, придававшиМодуляция зависимости S = f (Y ) означала, во- ми спектру ступенчатую форму, потом спектр вновь первых, что на интегральную по спектру энергию излу- становился гладким и т. д. Это иллюстрирует рис. на примере спектров с наиболее четко выраженной чения, генерируемого в избранном направлении к торцу, формой (очень „чувствительной“ к величине сдвига Y ).

оказывала влияние обратная связь через отраженное от торца излучение. Во-вторых, что излучение само, по- Каждый гладкий спектр хорошо описывался участвидимому, является амплитудно-модулированным. По- ком параболы. Поэтому для модулированного спектра We = f ( s ) степень модуляции можно представить по скольку с активной средой, по-видимому, согласованно графику (We - WB)/WB = f ( s) (см. вставку к рис. 3).

взаимодействуют и генерируемое в ней излучение, и излучение, отраженное от торца, можно сделать следую- Здесь WB = f ( s) — участок параболы, касательный к спектру, например, кривая 5 на рис. 3.

щее предположение. Модуляция зависимости S = f (Y ) отображает изменение внутри активной области разно- Корреляция между зависимостью S = f (Y ) и модусти фаз 1(r) - 2(r), где 1 — фаза генерируемой ляцией спектра обнаружилась еще, в частности, в том, волны, движущейся в направлении к торцу, 2 — фаза что спектр был гладким примерно в интервале 0.01 мм волны, возвращающейся в активную область после отра- вблизи тех значений Y, при которых на зависимости жения от торца, r — координаты точки внутри активной S = f (Y ) располагались экстремумы (локальные максиобласти. Тогда изменение расстояния между активной мумы и минимумы). Чередование гладкого и модулирообластью и торцом на величину, обеспечивающую из- ванного спектров при изменении Y было обусловлено, менение на 2 разности фаз 1(r) — 2(r), равно, по-видимому, влиянием обратной связи. Но отраженное с одной стороны, квазипериоду модуляции зависимости торцом излучение, обеспечивающее обратную связь, S = f (Y ) Y 60 мкм, а с другой — равно L/4, где возвращалось в активную область сразу после окончания L — длина волны модуляции. Приближенно изменение накачки. Поэтому наблюдалась, по-видимому, та модуляразности фаз 1(r) - 2(r) со сдвигом Y не зависит ция спектра, которая или существенно усиливалась, или от r. Получаем оценку L 240 мкм. Учитывая, что устанавливалась уже во время релаксации излучения, модуляция движется с групповой скоростью cg = c0/ng, когда „включалась“ обратная связь.

Физика и техника полупроводников, 2005, том 39, вып. „Модуляция“ характеристик интенсивного пикосекундного стимулированного излучения из GaAs мод со столь узким межмодовым интервалом как, если время излучения фотона ограничивалось эффективным временем жизни фотогенерированных носителей 1пс Поясним, что такая оценка времени жизни носителей во время интенсивного излучения в наших опытах получена в [7], и она, по-видимому, соответствует образованию „дыры“ в спектре усиления света [10,13]. Помимо показанной выше затруднительности объяснить модуляцию спектра возможностью образования резонатора торцами образца, также не совсем тривиальным представляется переход от гладкого спектра к модулированному (и наоборот). Например, при изменении оптической длины пути в интерферометре Фабри–Перо модуляция спектра излучения не исчезает, а только меняется спектральное положение локальных максимумов. Так что переход от гладкого спектра к модулированному еще раз указывает, что исследуемое излучение является элементом нелинейной системы.

Обнаруженную модуляцию спектра можно представлять как усиление излучения в узких локальных областях спектра. Такая модуляция спектра могла бы возникать, например, в результате модуляции интенсивности излучения во времени с периодом T 2/ s, (2) где s — интервал между локальными максимумами в спектре излучения. Это соотношение соответствует тому, что временная картина суммарного поля нескольких мод, если частотный интервал между модами равен s, Рис. 3. Спектры излучения при различном сдвиге: 1 — должна иметь выраженную периодичность с периодом Y = 0.16 мм, 2 — Y = 0.18 мм, 3 — Y = 0.20 мм, 4 — 2/ s [14]. Согласно экспериментальным спектрам Y = 0.24 мм, 5 — зависимость WB = f ( s ), поясненная s 1 мэВ, так что период модуляции, определяемый в тексте. На вставке — спектры относительной модуиз соотношения (2), составляет 4 пс, т. е. совпадает ляции (We - WB )/WB = f ( s ): 6 — Y = 0.18 mm, 7 — с оценкой T, полученной из соотношения (1). МожY = 0.24 мм. Для наглядности каждая кривая сдвинута по но отметить, что такая оценка близка, например, к оси ординат относительно истиного положения на величину, периоду релаксационных колебаний стимулированного указанную справа от кривой.

излучения — 2(st · p)1/2 6пс [15], если принять, что представляется реалистичным, время жизни фотона p 1 пс и, называемое в [15] стимулированным, время Теперь можно сделать ранее обещанное уточнение, жизни носителей st 1 пс. Напомним, что релаксацичто зависимость We = f (Y ) при s = const оказыва- онные колебания — это взаимосвязанные колебания лась модулирована иначе, чем S = f (Y ), если при s интенсивности излучения и заселенностей носителей, возникал выступ на спектре We = f ( s ). возникающие при быстром изменении интенсивности наОтметим, что объяснять модуляцию спектров про- качки [5]. Из численного моделирования [1] тоже следует сто как результат образования резонатора торцами об- возможность пикосекундных пульсаций излучения во разца затруднительно. Разность энергий фотонов со- время его релаксации. Можно предварительно отметить седних резонансных мод, соответствующая расстоя- и еще одно сходство с релаксационными колебаниями, нию 5 мм между торцами такого резонатора, должна конечно, не имеющее определяющего значения. В наших быть 0.034 мэВ. Последняя величина в несколько опытах наблюдалась модуляция спектра, усиленная или десятков раз меньше, чем, например, интервалы меж- образованная под влиянием обратной связи, в то же ду локальными максимумами на графиках вставки к время и для развития интенсивных релаксационных корис. 3. К тому же и интервалы между максимумами лебаний тоже необходима обратная связь, как показало на различных спектрах не были строго одинаковыми. численное моделирование [4].

Например, на вставке к рис. 3 интервал между локальны- Замечательно, что именно с оцененной из соотношеми максимумами кривой 6 примерно в 1.5 раза больше ний (1) и (2) периодичностью 4 пс оказалась модулиинтервала на кривой 7. Кроме того, не противоречила рована зависимость энергии излучения (с фиксированли принципу неопределенностей селекция резонансных ной энергией фотона) от времени задержки между Физика и техника полупроводников, 2005, том 39, вып. 686 Н.Н. Агеева, И.Л. Броневой, А.Н. Кривоносов, С.Е. Кумеков, Т.А. Налет, С.В. Стеганцов гия излучения увеличилась существенно неоднородно по спектру, как это подтверждает спектр относительного изменения энергии излучения We+p/We = f ( s ) на рис. 4. В этом смысле модуляция спектра тоже оказалась нелинейным процессом. Заметим, что такое неоднородное изменение энергии по спектру было обнаружено нами в [16], что и стимулировало настоящую работу.

Далее обнаружилось, что уже при неизменной суммарной энергии двухимпульсной накачки изменение в пикосекундном диапазоне времени задержки p-импульса относительно e-импульса приводило к существенному изменению модуляции спектра излучения. Это иллюстрирует сопоставление спектров We+p = f ( s ), измеренных при = 0 и = 2пс (рис. 5). Видно, что при тех энергиях фотонов, где на спектре 1 при = 0 располагались выступы, энергия излучения изменялась при сдвиге задержки наиболее сильно, а где располагались провалы — существенно меньше. Подробно изменение со временем энергии излучения при двух энергиях фотонов, соответствовавших выступу и провалу на спектрах, измеренных при = 0 уже в последующих опытах, иллюстрирует рис. 6.

Обнаружилось, что зависимость энергии излучения от времени задержки We+p = f ( ) оказалась в первом случае явно модулированной локальными максимумами (кривая 1), во втором почти гладкой (кривая 2). Точнее, модулированной (гладкой) зависимость We+p = f ( ) быРис. 4. Спектры излучения: 1 — We+p = f ( s ) при = 0, ла для излучения с такой энергией фотона, при которой 2 — We = f ( s ), 3 — We+p/We = f ( s ), Y = 0.26 мм.

на спектре (We+p - WB)/WB = f ( s ), определенном в На вставке — спектры относительной модуляции: 4 — том же опыте для = 0, располагался локальный макси(We - WB )/WB = f ( s ) при накачке одним импульсом; 5 — мум (минимум), иллюстрируемый кривой 3 (кривой 4) (We+p - WB )/WB = f ( s ) при накачке двумя импульсами и на вставке к рис. 6. Интервал между локальными мак = 0. Кривая 5 сдвинута по оси ординат относительно истинного положения на величину, указанную справа от кривой.

двумя импульсами накачки. Это было обнаружено при облучении образца (e) и (p) импульсами, „накачивавшими“ носители на разные энергетические уровни. Задержка между импульсами варьировалась в пикосекундном диапазоне, меняя тем самым и распределение накачки во времени, и полное время накачки.

Чтобы сначала получить представление о том, как меняется модулированный спектр излучения только из-за усиления накачки (без изменения ее длительности) при добавлении p-импульса, на рис. 4 представлены спектры We = f ( s ) и We+p = f ( s ), где последний измерен при = 0, и We+p — энергия излучения, интегральная по времени, при накачке (e) и (p) импульсами. Сравнение этих спектров и сопоставление соответствующих им графиков (W - WB)/WB = f ( s ) на вставке к рис. обнаружило, что и при синхронной накачке (e) и (p) импульсами спектр оставался модулированным. Относительная величина и спектральная форма модуляции, представленные графиком (We+p - WB)/WB = f ( s ), изменились незначительно по сравнению с модуляцией при накачке только e-импульсом. Но при этом все же Рис. 5. Спектры излучения при различном времени задержки нужно отметить, что при добавлении p-импульса энер-, пс: 1 — = 0; 2 — = 2пс. Y = 0.19 мм.

Физика и техника полупроводников, 2005, том 39, вып. „Модуляция“ характеристик интенсивного пикосекундного стимулированного излучения из GaAs что к модуляции характеристик приводит один общий, пока не установленный, механизм автомодуляции спектра излучения, развивающийся при сверхбыстром нелинейном взаимодействии сильно фотовозбужденного полупроводника со светом накачки и стимулированным рекомбинационным излучением. Как показали опыты, существенную роль в образовании модуляции спектра, а значит, и в возникновении механизма автомодуляции должны играть обратная связь через отраженное от торца излучение, а также время задержки в случае накачки двумя импульсами. Опыты дали и весомые основания считать, что при соответствующей настройке обратной связи влияние механизма автомодуляции на генерацию стимулированного излучения имеет пульсационный характер, с интервалом между пульсациями T, относящимся к пикосекундному диапазону времен. Такой механизм должен, по-видимому, приводить к амплитудной модуляции излучения пикосекундными пульсациями, поскольку представлению о такой модуляции соответствует экспериментально полученное соотношение (4).

Настоящая работа выполнена при финансовой поддержке Российского фонда фундаментальных исследований (проект № 04-02-17146).

Pages:     | 1 || 3 |



© 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.