WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Физика и техника полупроводников, 1997, том 31, № 12 Спектральные, энергетические и временные характеристики двухфотонно-возбуждаемой флуоресценции монокристалла ZnSe в голубой области спектра © А.М. Агальцов, В.С. Горелик, И.А. Рахматуллаев Физический институт им.П.Н.Лебедева Российской академии наук, 117924 Москва, Россия (Получена 17 февраля 1996 г. Принята к печати 13 мая 1997 г.) Получены спектры двухфотонно-возбуждаемой флуоресценции (ДВФ) монокристалла ZnSe в голубой области спектра. Исследованы зависимости ДВФ от интенсивности лазерного излучения. Установлено, что энергетические ДВФ носят нелинейный характер. Измерен интегральный коэффициент преобразования лазерного излучения в ДВФ, составляющий 10-6. Изучены спектры ДВФ ZnSe от времени задержки.

Исследованию фотолюминесценции кристаллов ZnSe лазера на парах меди. В работе [2] было показано, что в голубой области спектра посвящено довольно большое при 77 K ZnSe имеет сложный спектр основной полосы количество работ [1–3]. В частности, в работе [2], были (2.789 эВ): она расщепляется на три компоненты с получены спектры люминесценции в кристаллах ZnSe максимумами соответственно при 2.793 (Ex), 2.775 (I1) при возбуждении третьей гармоникой лазера на алюмо- и 2.745 эВ (ILO). Кроме основной полосы, в низкоэнериттриевом гранате Nd3+ ( = 353.3нм), работающего гетической области исследуемого спектра наблюдается в моноимпульсном режиме или в режиме небольшой серия пиков 2.705 (A), 2.676 (ALO), 2.645 (A2LO) и частоты следования импульсов генерации. 2.611 эВ (A3LO). В этой же работе было показано, что В последнее время была разработана [4,5] новая мето- при 300 K в исследованных кристаллах ZnSe наблюдадика наблюдения спектров флуоресценции в кристаллах, ется полоса с двумя максимумами в области 2.690 и основанная на двухфотонном возбуждении электрон- 2.610 эВ. В нашем случае (рис. 1), наблюдаемый спектр ных состояний кристалла при импульсно-периодической представлял собой широкую асимметричную полосу в лазерной накачке. Спектр флуоресцентного излучения области 460–490 нм. Кривая 1 соответствует начальной при этом регистрировался в квазинепрерывном режиме мощности (P = 0.8 · 107 Вт/см2). При повышении от сравнительно большого объема образца вследствие интенсивности лазерного излучения (кривые 2, 3) наблюпрозрачности кристалла для возбуждающего лазерного излучения. В данной работе была поставлена задача получения спектров флуоресценции при двухфотонном возбуждении (ДВФ) в монокристалле ZnSe при импульснопериодической лазерной накачке, а также исследования их зависимостей от интенсивности возбуждающего излучения и времени задержки в системе регистрации.

Измерения проводились на образцах монокристаллов ZnSe кубической модификации с ориентацией поверхности (111). Для возбуждении спектров ДВФ в нашей работе использовалась желтая линия генерации ( = 578.2нм) лазера на парах меди. Средняя мощность лазерной генерации составляла 2 Вт, длительность лазерных импульсов 20 нс и частота их следования 8 кГц. Перед исследуемом объектом устанавливался светофильтр ФС-17 для удаления линий разряда газовой среды лазера.

Регистрация спектров ДВФ осуществлялась по схеме ”на отражение”, детально описанной ранее в работах [4,5]. Перед щелью монохроматора МДР-2 устанавливался фильтр BG-12 для подавления попадания возбуждающего излучения. спектральная разрешающая способность составляла 0.1 нм; разрешающая способность по времени регистрации — 10 нс. Экспериментальные исследования проводились при комнатной температуре.

Рис. 1. Спектры ДВФ монокристалла ZnSe, полученные На рис. 1 представлены спектры ДВФ монокристалла при различных мощностях накачки. Плотности мощности ZnSe полученные при различных мощностях излучения 107 Вт/см2: 1 —0.8, 2 —1.1, 3 —1.5, 4 —2.

Спектральные, энергетические и временные характеристики... ется на 3 нм в длинноволновую сторону и соответствует 478 нм. При задержках 80 и 100 нс сигнал ДВФ еще больше уменьшается; при этом макусимум в спектре смещается к 480 нм. Наблюдаемый в последнем случае спектр оказывается аналогичным спектру люминесценции, полученному при малой интенсивности (рис. 1), имеет сходство со спектром резонансной фотолюминесценции [6].

Наблюдаемые отличия спектра ДВФ ZnSe от исследовавшихся ранее спектров резонансной фотолюминесценции (рис. 1) можно интерпретировать следующим образом. Энергия свободных экситонов в селениде цинка составляет: Ex = 2.812 эВ и A = 2.690 эВ (рис. 1), что соответствует длинам волн: = 440.9 и 460.9 нм.

В таких спектрах (рис. 1) проявляются пики, обусловленные процессами распада экситонов на фотон и один или несколько продольных оптических фононов. Как видно из рис. 1 (см. положение стрелки), максимум интенсивности в спектре ДВФ соответствует трехфононному повторению (A3LO). Отсутствие в спеектрах ДВФ более коротковолновых компонент можно объяснить их поглощением в объеме образца, в то время как для реРис. 2. Зависимость интенсивности ДВФ I (1) и I1/2 (2) от мощности накачки P и теоретическая зависимость, соответ- зонансной фотолюминесценции, происходящей в тонком ствующая квадратичному закону (3). Кривые соответствуют приповерхностном слое кристалла, такое поглощение длине волны = 475 нм.

оказывается несущественным.

Деформацию контура ДВФ, состоящую в возрастании интенсивности коротковолновой области, при увеличении интенсивности возбуждающего излучения можно далось увеличение интенсивности ДВФ; кроме того, при объяснить постепенным переходом от режима спонтанэтом происходила ”деформация” контура с возрастанием ной флуоресценции к вынужденной (суперфлуоресценотносительной интенсивности коротковолнового крыла;

положение максимума на кривых (1 4) соответствует 475 нм.

На рис. 2 мы приводим характер зависимости интенсивности ДВФ от мощности возбуждющего излучения.

Приведенная зависимость соответствует длине волны = 475 нм (рис. 1, стрелка). Как видно из этого рисунка, при сравнительно небольших мощностях возбуждающего излучения зависимость I(P) имеет квадратичный характер. При увеличении P (P > 1.1 · 107 Вт/см2) эта зависимость характеризуется явным отклонением от квадратичной. Такой эффект можно объяснить переходом при больших мощностях накачки от спонтанной флуоресценции к стимулированной, т. е. к суперфлуоресценции. На основе проведенных измерений было установлено, что коэффициент преобразования для пиковой интенсивности возбуждающего излучения в ДВФ для 475 нм составляет 10-8; коэффициент преобразования для интегральной интенсивности возбуждающего излучения в ДВФ при этом ранвняется 10-6.

На рис. 3 приведены спектры ДВФ ZnSe, полученные при различных временах задержки по отношению к возбуждающему импульсу генерации. Кривая 1 получена при нулевой задержке и плотности мощности P = 2.0 · 107 Вт/см2. При задержке t = 35 нс (кривая 1) Рис. 3. Спектры ДВФ монокристалла ZnSe, полученные при интенсивность сигнала ДВФ резко падает. При этом различных временах задержки, нс: 1 —0, 2 — 35, 3 — 80, положение максимума полосы ДВФ ( = 475 нм) смеща4 — 100.

Физика и техника полупроводников, 1997, том 31, № 1424 А.М. Агальцов, В.С. Горелик, И.А. Рахматуллаев ции). Подтверждением такого вывода служит наблю- Spectral, energetic and time даемая зависимость интенсивности ДВФ от плотности characteristics of two-photon excited возбуждающего излучения. Из рис. 2 видно, что при fluorescence of ZnSe crystal at the blue P = 1.5 · 107 Вт/см2 такая зависимость характеризуется region of spectra показателем, большим двух. Это свидетельствует о переходе в режим суперфлуоресценции, так как в режиме A.M. Agaltzov, V.S. Gorelik, I.A. Rakhrnatullaev спонтанной ДВФ эта зависимость является квадратичP.N. Lebedev Physical Institute, ной, т. е. ITREF P2.

Russian Academy of Sciences, Обнаруженные изменения в форме спектров ДВФ при 117924 Moscow, Russia различных временах задержки (рис. 3) также могут быть истолкованы как проявление суперфлуоресценции при

Abstract

The spectra of two-photon excited fluorescence большой плотности мощности накачки. В случае нулевой (TPEF) in ZnSe crystal at the blue region have been obtained. The задержки (кривая 1) спектр ДВФ сдвинут в коротковолdependencies of TPEF on the laser intensity have been investigated.

новую область, так как вынужденное излучение происNonlinear behaviour of such dependencies was established. The ходит практически синхронно с импульсом накачки. При share of transformation of laser light to fluorescence emission was сдвиге строб-импульса спектр флуоресценции приобреabout 10-6. Time evolution of TPEF spectra in ZnSe have been тает спонтанный характер, что выражается в деформации studied.

контура спектра, резком уменьшении интенсивности и изменении положения максимума полосы ДВФ.

Таким образом, на основе методики импульснопериодического двухфотонного возбуждения получены спектры ДВФ монокристалла ZnSe в голубой области спектра и проведено исследование их зависимости от мощности накачки и времени задержки. Установлено, что энергетические зависимости ДВФ носят нелинейный характер. Наблюдаемые изменения в спектрах ДВФ при больших мощностях накачки объяснены проявлением вынужденной флуоресценции.

Полученные данные о спектрах ДВФ монокристалла ZnSe могут быть использованы для разработки методов анализа характеристик люминофоров, содержащих селенид цинка. При этом представляется возможным исследовать не только химически чистые материалы, но и материалы неоднородных соединений, а также структуры с примесями и дефектами.

Эффект стимулированной ДВФ, обнаруженный в данной работе для кристалов ZnSe при комнатной температуре, открывает возможности для создания новых лазерных излучателей с перестраиваемой длиной волны в голубой области спектра. Для реализации таких излучателей необходимы дополнительные исследования с применением оптических резонаторов.

Список литературы [1] В.С. Горелик, К.Н. Кекелидзе, К.А. Прохоров. Кр. сообщ. по физике ФИАН, № 11, 5 (1990).

[2] Г.Н. Иванова, Д.Д. Недеогло, А.В. Симашкевич, К.Д. Сушкевич. ФТП, 14, 31 (1980).

[3] Koh Era, D.W. Langer. J. Lumins, 1–2, 514 (1970).

[4] А.М. Агальцов, В.С. Горелик, Т.Ф. Файзуллов. Кр. сообщ. по физике ФИАН, № 2, 15 (1982).

[5] V.S. Gorelik, A.M. Agaltzov, L.I. Zlobina. J. Molec. Structur.

266, 121 (1992).

[6] Физика соединений AIIBVI, под ред. А.Н. Георгобиани, М.К. Шейнкмана (М., Наука, 1986).

Редактор В.В.Чалдышев Физика и техника полупроводников, 1997, том 31, №




© 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.