WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 || 3 |

Физика и техника полупроводников, 2006, том 40, вып. Сверхбыстрая автомодуляция спектра поглощения света, возникающая при сверхкоротких... Ограничение ширины исследуемого спектрального На рис. 1 представлены измеренный спектр поглодиапазона отчасти связано с большой трудоемкостью щения невозбужденного образца и расчетные (фермии длительностью измерений спектра. Например, для евские) спектры, которые должны были бы отображать изменения длины волны зондирующего импульса тре- только межзонное поглощение света в GaAs с фермибовалась перестройка параметрического генератора све- евским распределением ЭДП. Спектры рассчитаны для та, генерировавшего импульс [29]. Перестройка осуизбранных значений плотности и температуры ЭДП при ществлялась при строгом дополнительном контроле за учете перенормировки ширины запрещенной зоны Eg сохранением фиксированного значения и т. д.

из-за кулоновского взаимодействия носителей. Расчет Спектры поглощения света определялись так же, как аналогичен описанному в [11], где легкие дырки не и в экспериментах [9,11]. Измеряли спектр оптической учитывались. Для той области значений коэффициента плотности невозбужденного образца поглощения и того диапазона энергий фотонов (ограниченного на рис. 1 вертикальными пунктирными T ( pr) 0D = ln, линиями), к которым относились измерения в данной T ( pr) где 0 — коэффициент поглощения света невозбужденного образца; D — толщина слоя GaAs; T — прозрачность образца; pr — энергия фотона зондирующего импульса; pr — энергия фотона, при которой еще не возникает межзонного поглощения света. Верхний индекс 0 означает (здесь и далее) отсутствие возбуждения (накачки).

Затем измеряли спектральную зависимость просветле1 ния ln(T /T ) = f ( pr), представлявшую уменьшение оптической плотности GaAs при его начкачке. Верхний индекс 1 означает наличие возбуждения. Для этого проводились измерения интегральной энергии прошедшего через образец зондирующего импульса, поочередно при возбуждающем импульсе и без него. Учитывались только те измерения, для которых интегральные энергии опорных импульсов в каналах зондирования и возбуждения отклонялись от заданных значений не более чем на ±5%. Здесь опорные импульсы — это фиксированные части возбуждающего и зондирующего импульсов, отщепляемые от последних до их падения на образец. По результатам 40 измерений рассчитывалось просветление Epr/ErT ln = ln, 0 T Epr/Erгде Epr — средняя энергия зондирующего импульса, Er — средняя энергия опорного импульса в канале зондирования. Коэффициент поглощения света в фотовозбуженном слое GaAs определяли, пользуясь выражением 1 ln(T /T ) = 0 -.

D При каждом фиксированном наборе параметров возбуждения и зондирования подобные измерения ln(T /T0) и повторялись 5 раз. Разброс получаемых 1 значений и ln(T /T ) представлен на рисунках (следуРис. 2. Спектр поглощения света в невозбужденном GaAs ющих далее) вертикальными отрезками, ограниченными (кривая 1). Спектры поглощения света в фотовозбужденном 1 с обоих концов, а среднее значение и ln(T /T ) — GaAs, измеренные при длительности импульса tp = 9.6пс символами (кружками и др.). Там, где разброс измеи времени задержки: 2 — = -7пс, 3 — = -6пс, ренных значений не показан, его величина на графике 4 — = -5пс, 5 — = -4пс, 6 — = -3пс, 7 — была не больше используемого символа. Измерения = -2 пс. Спектры сдвинуты по оси ординат относительно производились преимущественно на образце 1, и только своего истинного положения на величину, указанную справа графики на рис. 6 (но не на вставке к этому рисунку) от спектров. Стрелки поясняются в тексте. Сплошные линии получены при измерениях на образце 2. проведены для наглядности.

Физика и техника полупроводников, 2006, том 40, вып. 810 Н.Н. Агеева, И.Л. Броневой, А.Н. Кривоносов, С.В. Стеганцов поглощения достигает максимума. Это либо вершина локального максимума на спектре, либо та точка излома на спектре, где находится максимум отрицательной кривизны (определяемый по экстремуму второй производной d2/d( )2). Перемещение вершин выступов по спектрам представлено графиками jut = f ( ) на рис. 3. Оно сходно с перемещением максимумов бегущей волны. Средняя скорость перемещения выступов по спектру v 6 мэВ/пс, а спектральный интервал между двумя выступами 20-25 мэВ при фиксированном.

Таким образом, в области < 0, когда вершина зондирующего импульса „сдвигалась“ вдоль фронта импульса накачки, обнаружилась сверхбыстрая автомодуляция спектра поглощения света выступами, напоминающая бегущую волну.

Рис. 3. Зависимости энергии фотона jut, при которой в спектре поглощения располагается вершина выступа, от времени задержки. tp = 9.6пс.

работе, на фермиевских спектрах видно гладкое монотонное возрастание при увеличении. Так что, локальных особенностей, обнаруженных в нижеописываемых опытах, на фермиевских спектрах поглощения быть, по-видимому, не должно.

На рис. 2 представлены спектры поглощения, измеренные при длительности импульсов tp = 9.6пс и при различных отрицательных значениях. Задержка, фиксированная для каждого спектра, менялась с шагом 1 пс.

Стрелки указывают на явно выраженные существенные локальные увеличения поглощения, обнаруживаемые в спектрах либо в виде локального максимума, либо излома. Ступенеобразный излом на спектре возникал, когда локальное увеличение поглощения было, видимо, не настолько сильным, чтобы на фоне „гладкого“ возрастания с ростом образовывать локальный максимум.

В оптической спектроскопии образующуюся подобным образом особенность называют обычно плечом. Такому истолкованию изломов соответствовало то, что при увеличении изломы исчезали, и на том участке спектра, где они располагались, наблюдалось уже относительно гладкое возрастание при увеличении. Через некоторый интервал новый излом появлялся на спектре, а затем снова исчезал. Существенное локальное увеличение поглощения, которое проявлялось на исследуемом спектре в виде локального максимума или излома, далее для краткости называется „выступом“.

Обнаруживается, что при изменении положение Рис. 4. Спектры поглощения света, измеренные при выступов на спектре изменяется (см. рис. 2). Будем tp = 11.4 пс и времени задержки: 1 — = -3пс, характеризовать положение выступа на спектре энер2 — = -2пс, 3 — = -1пс, 4 — = 0пс, 5 — = 1пс, гией фотона jut, при которой располагается вершина 6 — = 2пс, 7 — = 4 пс. Спектры сдвинуты по оси ординат выступа, т. е. точка, в которой локальное увеличение на величину, указанную справа от спектров.

Физика и техника полупроводников, 2006, том 40, вып. Сверхбыстрая автомодуляция спектра поглощения света, возникающая при сверхкоротких... можно предположить влияние отличия в длительности импульсов tp.

В области положительных задержек 4 12 пс, когда вершина зондирующего импульса „сдвигалась“ вдоль спада импульса накачки, исследование спектров проводилось при изменении с шагом 2 пс. На рис. показано обнаруженное изменение формы спектра со временем. Модуляцию спектра можно характеризовать как образование одного „широкого“ выступа, своим основанием заполнявшего почти весь исследуемый спектральный диапазон. При изменении вершина выступа, отмеченная стрелкой, перемещалась по спектру и соответственно изменялась форма выступа.

Обнаруженная сверхбыстрая автомодуляция спектра приводила к тому, что для отдельных энергий фотона зависимость коэффициента поглощения от времени становилась „ломаной“, а в некоторых интервалах и немонотонной. Например, наглядно связанной с модуляРис. 5. Спектры поглощения света, измеренные при цией спектра (с возникновением и исчезновением проtp = 11.4 пс и времени задержки: 1 — = 6пс, 2 — = 10 пс, вала на спектре, рис. 4) является зависимость = f ( ) 3 — = 12 пс. Спектры сдвинуты по оси ординат на величину, при энергии фотона pr 1.432 эВ, вставка на рис. 6.

указанную справа от спектров.

Точки для графика этой зависимости были взяты из спектров, представленных на рис. 4, 5. При ее дифференцировании обнаруживается, что зависимость скорости Нижеописываемые измерения выполнялись при дли- изменения поглощения d/d от времени задержки, тельности импульсов tp = 11.4 пс. Спектры, измерен- т. е. функция d/d = f ( ), модулирована пульсациями ные при изменении времени задержки в интервале (вставка на рис. 6, кривая 4).

-3пс 4 пс, — когда вершина зондирующего импульса „сдвигалась“ вдоль вершины импульса накачки, — представлены на рис. 4. При = -2; 0; 2 пс на спектре, приблизительно при фиксированных энергиях фотонов, возникали два существенных выступа.

Провал между этими выступами достигал наибольшей глубины при энергии фотона pr 1.432 эВ. Спектральный интервал между вершинами двух выступов составлял 12-14 мэВ. При = -3; -1; 1; 4 пс на спектрах наблюдался только один выступ. При этом при = -3; 1; 4 пс вершина выступа располагалась приблизительно при энергии фотона jut 1.432 эВ, при которой при = -2; 0; 2 пс наблюдался вышеописанный провал. Почему при = -1 пс вершина выступа наблюдалась при меньшей энергии фотона jut 1.424 эВ не выяснялось, но это могло быть вызвано, в частности, небольшой неточностью в установлении задержки. Таким образом, при изменении в рассмотренной области значений вблизи нуля выступы на спектре возникали и исчезали приблизительно при фиксированных энергиях фотонов (за исключением спектра при = -1пс). Такая автомодуляция спектра несколько сходна со стоячей волной.

Заметим, что выступ, измеренный в работе [11] при = -3пс и tp = 14 пс (вставка на рис. 1), совпадает по 1 Рис. 6. Кривая 1 — зависимость просветления ln(T /T ) форме с выступом, измеренным в данной работе при от времени задержки при pr = 1.432 эВ и tp = 11.4пс.

tp = 11.4пс и = 1 пс, а по форме и по значениям Кривая 2 — зависимость скорости изменения просветления с выступом при = 4пс (рис. 4). Комментировать это от. Образец 2. На вставке: 3 — зависимость коэффициента наблюдение до проведения подробного исследования поглощения от времени задержки при pr = 1.432 эВ и зависимости измеряемой модуляции спектров от пара- tp = 11.4пс, 4 — зависимость скорости изменения поглощения метров накачки и зондирования преждевременно, хотя от. Образец 1.

Физика и техника полупроводников, 2006, том 40, вып. 812 Н.Н. Агеева, И.Л. Броневой, А.Н. Кривоносов, С.В. Стеганцов Подобные пульсации обнаружились и при анали- пульсациями (см. рис. 6). Это наблюдалось пока при зе зависимости просветления от времени задержки некоторых избранных pr. Примечательно, что интерln(T /T0) = f ( ), измеренной на образце 2 при фикси- валы между этими пульсациями оказываются близкими по величине с интервалами между теми пикосекундными рованной энергии фотона pr = 1.432 эВ и tp = 11.4пс пульсациями, которыми, согласно [23], может быть ав(рис. 6, кривая 1). Эта зависимость одновременно отобтомодулировано суперлюминесцентное излучение. Это ражает изменение оптической плотности образца совпадение могло быть признаком согласования модуT ляции излучения и модуляции спектра поглощения. От(0 - )D = ln.

носительно излучения уточним, что в работе [23] была T обнаружена модуляция характеристик пикосекундного На рис. 6 видно, что зависимость скорости изменения стимулированного излучения из торца образца, подобпросветления (значит, и скорости изменения ) от ного образцу 2 и оптически накачиваемого так же, как в времени задержки данной работе. На основании этого в [23] было сделано предположение, что генерация такого излучения имеет 1 -d[ln(T /T )] пульсационный характер, и излучение автомодулируется = f ( ) d пикосекундными пульсациями.

Физический процесс образования обнаруженной модулирована пульсациями (кривая 2).

сверхбыстрой автомодуляции спектра поглощения, как и механизм предположительно (т. е. косвенными метода3. Обсуждение результатов ми) обнаруженной в [23] автомодуляции излучения, пока окончательно не установлен. Но предварительно можно При анализе экспериментальных результатов следует предположить следующее.

учитывать следующее. Для зондирования использовался Изменение спектра поглощения во время сверхкоимпульс, длительность которого превышала интервал, роткой оптической накачки GaAs может быть обусловна котором происходило заметное изменение модуляции лено изменением заселенности энергетических уровней носителями заряда. В этом случае наблюдавшаяся спектра поглощения, и интервал между пульсациями скорости изменения просветления (и поглощения). Кто- модуляция спектра поглощения отображает и соответственно обнаруживает сверхбыстро меняющуюся мому же распределение интенсивности зондирующего и дуляцию энергетического распределения неравновесных возбуждающего света в пространстве было приблизиносителей. При этом в зоне проводимости GaAs, внутри тельно гауссовым и, значит, неоднородным. Это могло неоднородно фотонакачиваемой области слоя, возникает приводить, в частности, к „сглаженности“ эксперименбегущая или стоячая волна модуляции заселенности тально обнаруживаемых изменений спектров поглощеносителей (волна отклонения заселенности от распрения со временем по сравнению с истинным изменениделения Ферми–Дирака).

ем поглощения в реальном времени. Однако и при ныИнтенсивность импульса накачки в описанных опытах нешнем разрешении удалось обнаружить сверхбыструю является достаточной (согласно нашим предыдущим автомодуляцию спектра поглощения, ее спектральный и работам), чтобы во время накачки возникало стимуливременной масштабы, и следующий ее характер.

рованное излучение (суперлюминесценция) и устанавлиВ области < 0, когда вершина зондирующего имвалось соотношение времен (1). Если в каком-то узком пульса „сдвигалась“ вдоль фронта импульса накачки, интервале частот излучение, усиливаясь в пространстве локальные усиления поглощения (выступы) перемещаактивной области GaAs, достигает достаточно высокой лись по спектру. Это напоминало модуляцию спектра интенсивности, то произойдет обеднение инверсной забегущей волной. В области значений вблизи нуля, селенности носителей в соответствующем энергетичекогда вершина зондирующего импульса „сдвигалась“ ском интервале на дне зоны проводимости. Уточним, — вдоль вершины импульса накачки, выступы на спектре инверсной по отношению к заселенности тех уровней возникали и исчезали приблизительно при фиксированвалентной зоны, с которыми уровни зоны проводимоных энергиях фотонов. Это несколько сходно с модулясти связаны прямыми оптическими переходами. После цией спектра стоячей волной. В области > 0, когда создания обеднения заселенности интенсивность излучевершина зондирующего импульса „сдвигалась“ вдоль ния, очевидно, падает. Тогда обеднение сверхбыстро „заспада импульса накачки, вершина единственного выстулечивается“ благодаря продолжающейся накачке GaAs па перемещалась по спектру, но существенно „медлени энергетической релаксации носителей. Интенсивность нее“, чем при < 0. Спектральная ширина выступа (по излучения опять возрастает, и это вновь приводит к основанию) была больше, чем у выступов при < 0.

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.