WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 ||

Положение резонансов в высокочастотной области E10p1p3 - E10pp 1 E1(0) =, (23) зависит от мнимой части постоянной p2 и может быть p1p3 + pp 1 найдено из соотношения где E10 = ie(N10 - M10)/(K). Используя далее аналитические выражения для корней p1 и p3, приближение 2T0/2 = 2, = 1, 2, 3.... (22) низкой световой интенсивности и соотношения (15) и (16) для N10, M10, а также пренебрегая малыми членами порядка R/di 1, мы получили выражение для Частота высокочастотной волны перезарядки ловушек амплитуды E1(0) в виде 2 не зависит от интенсивности света I0 и одинакова как для одноуровневой, так и для двухуровневой модели E1(0) =Im Eq кристалла. Однако добротность Q2 и острота резонансов на высоких частотах снижаются при наличии в кристалле ED ED + Eµ(1 + R/) +Eмелких ловушек. Постоянная p3 характеризует процес 1 + RT /(I)sT I0/( + sT I0) сы, связанные с вкладом мелких ловушек в фоторефрак.

тивный отклик и имеющие очень малую добротность ED + Eµ(1+R/) ED + Eq 1+RT /(I) +EQ3 1 в рассматриваемом случае. Поэтому здесь не наблюдается резонансов, связанных исключительно с (24) мелкими ловушками.

Физика твердого тела, 1998, том 40, № Фоторефрактивный эффект в кристаллах силленитов с мелкими ловушками... Полученное нами выражение (24) для амплитуды первой пространственной гармоники поля пространственного заряда в кристалле с мелкими ловушками, помещенном в меандровое поле с частотой в промежуточной области, при стремлении их концентрации MT к нулю сводится к известному выражению (21) для кристалла с единственным глубоким ловушечным уровнем [7]. Наличие мелких ловушек приводит в первую очередь к перенормировке времени рекомбинации R = 1/D(NA + N0), Рис. 2. Схема экспериментальной установки.

дрейфового поля Eµ = 1/KµR и поля насыщения ловушек Eq e(NA + N0)/K. Это связано с увеличением средней концентрации ионизированных доноров + При подготовке эксперимента использовались сигD = NA + N0 за счет оседания электронов на мелких нальный и опорный пучки, некогерентные между собой.

ловушках при освещении кристалла. Кроме того, соотноЭти пучки засвечивали кристалл в течение интервала шение (24) учитывает влияние термической генерации времени, за который средние концентрации N0, M0 и электронов с мелких ловушек в зону проводимости на n0 достигали стационарных значений. Далее выключался поле пространственного заряда и перераспределение скогенератор звуковых колебаний для остановки зеркала и ростей рекомбинации электронов на мелкий и глубокий взаимодействующие пучки становились когерентными, уровни при заселении мелких ловушек.

т. е. формировали в кристалле стационарную интерференционную картину. С этого момента происходило 5. Методика эксперимента формирование решетки, амплитуда которой достигала стационарного значения за время 200 s. Значения инИсследования проводились на образце размером тенсивности сигнального пучка на выходе кристалла при 10.1 8.1 7.9mm по осям [110], [110] и [001], некогерентном пучке накачки IIN(d) и при когерентной вырезанном из кристалла Bi12SiO20 : Cd, выращенного накачке после достижения стационара ICO(d) испольметодом Чохральского. Ранее в этом кристалле наблюда- зовались для нахождения коэффициента двухпучкового лись генерация пространственных субгармоник фоторе- усиления [22] фрактивной решетки [20] и зависимость коэффициента 1 ICO(d) двухпучкового усиления в отсутствие внешнего поля = ln. (25) от интенсивности света [21]. Такая зависимость была d IIN(d) связана с присутствием мелких ловушечных центров.

В экспериментах использовалось излучение от He–Neлазера с длиной волны = 0.633 µm и максимальной 6. Результаты эксперимента мощностью 50 mW. Экспериментальная установка схеи их обсуждение матично изображена на рис. 2. Луч лазера делился на два равных по мощности пучка полупрозрачным зеркалом 1.

На рис. 3 изображены экспериментальные зависимости Сигнальный пучок IS ослаблялся нейтральными светокоэффициента двухпучкового усиления от частоты внешфильтрами 2 в 100-2000 раз. Зеркала 3 и 4 обеспечивали него поля, измеренные при пространственном периоде схождение сигнального и опорного пучков в кристалле.

решетки =7.3 и 42 µm, при средней интенсивности Зеркало 3 было приклеено к динамической головке 5, света I0 = 8800 W/m2. Основной проблемой при позволяющей создать сигнальный пучок, некогерентный подгонке представленных здесь же теоретических с опорным Ip, при подаче на него синусоидального кривых под экспериментальные данные было отсутствие переменного напряжения частотой 400 Hz. Мощность сведений по материальным параметрам исследованного сигнального пучка после прохождения кристалла 6 изкристалла в рамках двухуровневой модели. Нами мерялась с помощью калиброванного фотодиода 7.

за основу были взяты параметры ND = 1025 m-3 и Пространственный период решетки регулировался из- µ = 2 · 10-6 m2/(V · s) и условие NA ND, характерные менением угла схождения пучков e, при этом биссек- для номинально чистого кристалла Bi12SiO20 [11], а триса этого угла ориентировалась вдоль нормали к вход- также равенство сечений фотоионизации sT = sD. В этом ной грани образца (110), а вектор фоторефрактивной случае из экспериментального значения коэффициента решетки — параллельно оси [001]. Высокое напряжение поглощения 0 = 0.15 cm-1 получаем значение меандровой формы прикладывалось к граням кристал- sD = 0/( ND) = 4.8 · 10-6 m2/J. Путем подгонки ла (001) с помощью медных электродов. Для исследова- были определены остальные материальные параметры:

ния частотных зависимостей фоторефрактивного откли- концентрация акцепторов NA = 2 · 1021 m-3, общее ка в диапазоне от 100 Hz до 5 kHz нами использовались количество мелких ловушек MT = 2 · 1021 m-3, два генератора, обеспечивающие амплитуду меандрового постоянная рекомбинации на глубоких донорах напряжения от 2.5 до 8 kV. D = 0.83 · 10-17 m3 · s-1, постоянная рекомбинации на 6 Физика твердого тела, 1998, том 40, № 2042 О.В. Кобозев, С.М. Шандаров, Р.В. Литвинов, Ю.Ф. Каргин, В.В. Волков Рис. 3. Частотные зависимости коэффициента двухпучкового усиления при пространственном периоде фоторефрактивной решетки =7.3 (1–3) и 42 µm (4, 5). Кривые 1–5 соответствуют внешнему электрическому полю E0 = 3.1, 5.2, 8.9, 3.2 и 8.9 kV/cm.

Рис. 4. Зависимости коэффициента двухпучкового усиления от средней интенсивности света. 1 и 2 — расчет по точной методике при MT = 2 · 1021 m-3 и MT = 0, 3 и 4 — расчет по приближенным формулам (24) и (21).

мелких ловушках T = 4.95 · 10-17 m3 · s-1 и скорость рефрактивного отклика от частоты внешнего поля, предтермического возбуждения = 8s-1. Отметим также ставленных на рис. 1, показывает, что в промежуточной разброс в использованных значениях электрооптических области частот амплитуда поля пространственного заряпостоянных от reff = 0.64 pm/V при E0 = 8.9kV/cm до да фоторефрактивной решетки слабо зависит от средней reff = 0.74 pm/V при E0 = 3.1kV/cm ( = 42 µm). Эти интенсивности I0 в кристалле с одним фотоактивным различия могут быть связаны как с неконтролируемыми уровнем (MT 0). Напротив, в кристаллах с мелкиизменениями состояния поляризации световых пучков ми ловушками, при MT NA, такая зависимость E1(I0) для различных экспериментов, так и с зависимостью должна проявляться достаточно сильно. Эксперименэффективных электрооптических постоянных от тально зависимость коэффициента двухпучкового усилевнешнего поля [26].

ния от суммарной интенсивности пучков I0 исследована За исключением области частот ниже 600 Hz для нами для внешнего поля с частотой f0 = 2.025 kHz и амкривой 4 на рис. 3, теоретические частотные зависимости плитудой E0 = 8.9 kV/cm при пространственном периоде хорошо согласуются с экспериментальными данными.

решетки =42 µm. Представленные на рис. 4 экспеОтмеченное расхождение для кривой 4 может быть риментальные данные хорошо согласуются с расчетной связано с недостаточно правильным выбором использозависимостью (кривая 1), полученной для кристалла ванных материальных параметров.

с концентрацией мелких ловушек MT = 2 · 1021 m-3.

Основным аргументом для предположения о сущеРазброс экспериментальных точек при I0 > 1000 W/mствовании мелких ловушек в исследуемом кристалле связан с ошибками измерения интенсивности усиленного является зависимость коэффициента двухпучкового усисигнального пучка вследствие значительного фотоиндуления от интенсивности света, наблюдавшаяся ранее [21] в отсутствие внешнего поля. Анализ зависимостей фото- цированного рассеяния света.

Физика твердого тела, 1998, том 40, № Фоторефрактивный эффект в кристаллах силленитов с мелкими ловушками... Отметим, что расчеты предсказывают наличие слабой [17] F.P. Strohkendl. J. Appl. Phys. 65, 3773 (1989).

[18] P. Tayebati, D. Mahgerefteh. J. Opt. Soc. Am. B8, 1053 (1991).

зависимости коэффициента двухпучкового усиления от [19] I. Biaggio, G. Roosen. J. Opt. Soc. Am. B13, 2306 (1996).

интенсивности и в кристалле без мелких ловушек, при [20] Р.В. Литвинов, С.Н. Питченко, А.А. Решетько, С.М. ШанMT = 0 (кривая 2). Кривые 1 и 2 рассчитаны по даров, Д.В. Якимов, В.В. Волков, Ю.Ф. Каргин, Е.П. Шерописанной выше методике численного анализа на осношаков. Письма в ЖТФ 21, 4, 7 (1995).

ве соотношений (15)–(19) и материальных параметров [21] S.M. Shandarov, A.V. Reshet’ko, A.A. Emelyanov, O.V. Koboкристалла, использованных при расчете частотных заzev, M.G. Krause, Yu.F. Kargin, V.V. Volkov. Proc. SPIE 2969, висимостей ( f0) (рис. 3). Кривая 3 рассчитана по 202 (1996).

приближенной формуле (24). Этот подход справед[22] M.H. Garrett, J.Y. Chang, H.P. Jenssen, C. Warde. J. Opt. Soc.

лив при низкой интенсивности света I0 и только для Am. B9, 1407 (1992).

промежуточной области частот внешнего поля. Анализ [23] Р.Ф. Казаринов, Р.А. Сурис, Б.И. Фукс. ФТП 6, 3, (1972).

показывает, что в исследованном диапазоне световых [24] В.Н. Алимпиев, И.Р. Гуральник. ФТП 20, 5, 811 (1986).

интенсивностей частота f0 = 2.025 kHz, для которой [25] А.С. Фурман. ФТТ 29, 4, 1076 (1987).

проводился эксперимент, выходит за пределы промежу[26] C. Stace, A.K. Powell, K. Walsh, T.J. Hall. Opt. Commun. 70, точной области. Поэтому кривая 3 дает завышенные зна6, 509 (1989).

чения коэффициента двухпучкового усиления, качественно согласуясь с результатами точного расчета (кривая 1) и экспериментальной зависимостью. Прямая 4 на рис. соответствует расчету по формуле (21) для кристалла с одним фотоактивным уровнем.

Таким образом, в данной работе рассмотрены фоторефрактивные решетки, формирующиеся в кристаллах силленитов с мелкими ловушками в присутствии знакопеременного внешнего электрического поля меандровой формы.

Авторы благодарят А.В. Решетько и С.Н. Питченко за помощь в создании экспериментальной установки.

Работа выполнена при частичной финансовой поддержке фирмы ”Стек”.

Список литературы [1] J.P. Huignard, F. Micheron. Appl. Phys. Lett. 29, 591 (1976).

[2] Т.Г. Пенчева, С.И. Степанов. ФТТ 24, 4, 1214 (1982).

[3] М.П. Петров, С.И. Степанов, А.В. Хоменко. Фоторефрактивные кристаллы в когерентной оптике. СПб. (1992).

320 с.

[4] S.I. Stepanov. Rep. Prog. Phys. 57, 39 (1994).

[5] P. Refregier, L. Solymar, H. Rajbenbach, J.P. Huighard. J. Appl.

Phys. 58, 45 (1985).

[6] S.I. Stepanov, M.P. Petrov. Opt. Commun. 53, 292 (1985).

[7] K. Walsh, A.K. Powell, C. Stace, T.J. Hall. J. Opt. Soc. Am.

B7, 288 (1990).

[8] C. Besson, J.M.C. Jonathan, H. Villing, G. Pauliat, G. Roosen.

Opt. Lett. 14, 1359 (1989).

[9] G. Pauliat, A. Villing, J.C. Launay, G. Roosen. J. Opt. Soc.

Am. B7, 1481 (1990).

[10] F. Vachss. J. Opt. Soc. Am. B11, 1045 (1994).

[11] A. Grunnet-Jepsen, I. Aubrecht, L. Solymar. Opt. Lett. 20, (1995).

[12] B.I. Sturman, M. Mann, J. Otten, K. Ringhofer. J. Opt. Soc.

Am. B10, 1919 (1993).

[13] N.V. Kukhtarev, V.B. Markov, S.G. Odulov, M.S. Soskin, V.L. Vinetskii. Ferroelectrics 22, 949 (1979).

[14] С.И. Степанов, Г.С. Трофимов. ЖТФ 55, 559 (1985).

[15] В.И. Березкин. ФТТ 25, 2, 490 (1983).

[16] Yu.F. Kargin, V.M. Skorikov. Ferroelectrics 167, 257 (1995).

6 Физика твердого тела, 1998, том 40, №

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.