WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 ||

анизотропия локального поля меняет линейные свойства Таким образом, можно утверждать, что размер нанокринаноструктурированного кремния, можно ожидать и изсталлов в por-Si оказывается решающим фактором, ограменения свойств симметрии тензора кубической нелиничивающим применимость указанной модели. И хотя нейной восприимчивости (3)(3;,, ). Следуя [24] для мезопористого кремния размеры нанокристаллов и учитывая роль локального поля, в приближении эф(десятки нанометров) все еще меньше, чем длина волны фективной среды получаем [25] ТГ в материале ( 200 nm), статическое приближение (3) (3) eff,i jkl =(1 - p)Li (3)Lj ()Lk()Ll()c-Si, i jkl, (3) становится неправомерным и необходим учет эффектов взаимодействия и локализации световых волн.

где фактор локального поля Li связывает с учетом анизотропии эффективной среды поля вне и внутри 3. Увеличение эффективности эллипсоида Eout и Ein следующим образом:

генерации гармоник за счет Ein, i = Li Eout, i = Eout,. (4) эффектов локализации света 1 + {(Si - eff, i)/eff, i}Li i Как известно [26], кристаллический кремний принад- С явлением локализации света в рассеивающих средах лежит к группе симметрии m3m и обладает дву- может быть связан другой подход к увеличению эфмя независимыми элементами тензора кубической фективности нелинейно-оптических процессов. Он был (3) (3) (3) реализован для случая por-GaP. Этот материал обладает нелинейной восприимчивости: 1111 = 2222 = 3333 и (3) (3) (3) более широкой запрещенной зоной, что делает возмож1212 = 1122 = 1221. Исходя из этого, для эффективной ным его использование в видимом диапазоне (длина волсреды, образованной кремниевыми и вакуумными элны больше 0.55 µm), а также является нецентросимметлипсоидами, независимыми окажутся пять элементов ричной средой с высокой дипольной квадратичной вос(3) (3) (3) (3) (3) тензора (3)(3;,, ): 1111, 1122, 1133, 3311 и 3333.

приимчивостью, которая на два порядка превышает эту При этом величину для большинства кристаллов, применяемых (3) (3) 3333 <1111 (5) для удвоения частоты. Размеры неоднородностей (пор (индекс 3 соответствует оптической оси двулучепрелом- и нанокристаллов) por-GaP составляли около 0.5 µm, т. е. приближались к длине волны ВГ. Образцы обладаляющего por-Si).

ли зметным рассеянием. Измерения спектра рассеяния Ориентационные зависимости сигнала ТГ (рис. 2, b), указывают на его нерэлеевский характер, обнаруженная полученные вдали от фазового синхронизма, позвозависимость интенсивности рассеянного света от длины ляют найти соотношение между элементами тензоволны характерна для рассеяния Ми [17].

ра (3)(3;,, ) Результаты измерений ориентационных зависимостей (3) (3) 1111 + 31122 I3( = /2) 3ko - ko ВГ представлены на рис. 3. Для кристаллического GaP 1 r = = 2, (6) (3) (c-GaP) указанные зависимости имеют ярко выраженный I3( = 0) 3ke - ke 3333 1 характер. Однако для por-GaP ориентационная зависигде ko,e — волновые векторы для обыкновенной и мость является изотропной: интенсивность ВГ не зави1,необыкновенной волн на основной частоте и часто- сит от взаимной ориентации поляризатора и образца.

Физика твердого тела, 2005, том 47, вып. Увеличение эффективности нелинейно-оптических взаимодействий в наноструктурированных... Рис. 3. Ориентационные зависимости сигнала ВГ для por-GaP и c-GaP с ориентациями поверхности (110) (a) и (111) (b).

ВГ поляризована параллельно и перпендикулярно поляризации накачки.

ВГ увеличивается на порядок по сравнению с c-GaP для кросскорреляционной функции для волны, рассеянной por-GaP, созданного на поверхности (110) (рис. 3, a), на por-GaP [29], и почти на два порядка для por-GaP, полученного на поверхности (111) (рис. 3, b).

C( ) = A(t - )S(t) dt, (8) Полученные результаты указывают на принципиальную роль рассеяния в процессе генерации ВГ в por-GaP.

Именно рассеянием может быть объяснена деполяригде — время задержки, A(t) — поле падающей свезация сигнала ВГ. Увеличение же эффективности генетовой волны, S(t) — поле световой волны, рассеянной рации ВГ становится возможным благодаря эффектам на por-GaP. Полученная в эксперименте функция C( ) локализации света [27], сопровождающим рассеяние.

представлена на рис. 4. Как видно из рис. 4, функция На возможность возникновения эффектов локализации C( ) не равна нулю на протяжении достаточно просвета указывает нерэлеевский характер рассеяния. Содолжительного интервала времени, намного превышаюотношение щего длительность лазерного импульса (50 fs). Анализ kl = 2nl/ 1 (7) показал, что время жизни рассеянных фотонов основной частоты в данном случае составляет 0.7 ps. Простые (где k — величина волнового вектора в среде, n — эффективный показатель преломления среды, l —длина свободного пробега фотонов) является критерием андерсоновской локализации света в разупорядоченных средах, которая характеризуется существенным замедлением распространения света. Величины длин свободного пробега фотона, приведенные в работе [27], позволяют оценить kl = 5... 20. Однако прямым указанием на эффекты локализации света является непосредственное измерение времени жизни фотонов в рассеиввающей среде. Для понимания роли этих эффектов в генерации ВГ представляется полезным получить зависимость эффективности генерации ВГ в por-GaP от длины волны.

Измерение времени жизни фотонов было выполнено с использованием схемы оптического гетеродинирования [28] на базе интерферометра Майкельсона и фемтосекундной лазерной системы на основе кристалла Рис. 4. Корреляционная функция для поля волны на основной Cr : форстерит. В данной схеме происходит измерение частоте, рассеянной на por-GaP.

Физика твердого тела, 2005, том 47, вып. 158 П.К. Кашкаров, Л.А. Головань, С.В. Заботнов, В.А. Мельников, Е.Ю. Круткова, С.О. Коноров...

поля на основной частоте E2 = [1 + (r)]2 E2 =[1 + 2(r) ]E2. (10) a a Таким образом, чем выше неоднородность поля, тем больше будет средняя нелинейная поляризация. Второй же фактор является аналогом квазисинхронизма в полярных периодических структурах [24] и синхронизма в фотонных кристаллах [30], при которых происходит эффективное увеличение длины когерентности нелинейнооптического процесса.

В заключение можно отметить, что в настоящей работе исследованы некоторые пути увеличения эффективности генерации второй и третьей оптических гармоник в наноструктурированных полупроводниках.

Рис. 5. Зависимость интенсивностей сигнала ВГ, перпендикуОдним из способов повышения эффективности данных лярного при рассеянии на por-GaP и c-GaP от длины волны процессов является создание с помощью нанострукизлучения накачки. На вставке приведена схема эксперимента.

турирования структур с искусственной анизотропией, в которых становится возможным осуществление синхронного процесса генерации гармоник. Второй способ состоит в использовании эффектов локализации света, оценки свидетельствуют о том, что за это время фотон приводящих к увеличению времени жизни фотона в проходит порядка 100 µm, испытывая около ста актов наноструктуре и локальному увеличению полей.

рассеяния.

На рис. 5 представлены интенсивности ВГ, генерируемой в por-GaP и c-GaP, в зависимости от длины Список литературы волны накачки. Как видно, для длин волн накачки, превышающих 1.5 µm, сигнал ВГ от кристаллического [1] O. Bisi, S. Ossicini, L. Pavesi. Surf. Sci. Rep. 38, 1–3, 1 (2000).

образца выше, чем сигнал ВГ от por-GaP. Данный резуль[2] F.J.P. Schuurmans, D. Vanmaekelbergh, J. van de Lagemaat, тат качественно согласуется с предсказаниями модели A. Lagendijk. Science 284, 141 (1999).

эффективной среды. Однако при длинах волн накачки [3] R.W. Tjerkstra, J. Gmez Rivas, D. Vanmaekelbergh, меньше 1.5 µm интенсивность ВГ от por-GaP превосхоJ.J. Kelly. Electrochem. Solid-State Lett. 5, 5, G32 (2002).

дит интенсивность ВГ от c-GaP. С уменьшением длины [4] P.M. Hui, D. Stroud. J. Appl. Phys. 82, 10, 4740 (1997).

волны накачки интенсивность ВГ для c-GaP практически [5] P.M. Hui, P. Cheung, D. Stroud. J. Appl. Phys. 84, 7, (1998).

не меняется, тогда как для por-GaP интенсивность ВГ [6] D. Ricard, Ph. Roussignol, C. Flytzanis. Opt. Lett. 10, возрастает, превосходя значение для c-GaP в 35 раз (1985).

на длине волны 1.02 µm. Данный результат обусловлен [7] J.J. Maki, M.S. Malcuit, J.E. Sipe, R.W. Boyd. Phys. Rev. Lett.

падением длины свободного пробега с уменьшением 61, 8, 972 (1991).

длин волн накачки и ВГ и указывает на роль эффектов [8] D. Stroud. Phys. Rev. B 54, 51, 3295 (1996).

локализации света при генерации ВГ в por-GaP.

[9] G.L. Fisher, R.W. Boyd, R.J. Gehr, S.A. Jenekhe, J.A. Osaheni, Подобно фотонно-кристаллическим структурам, в J.E. Sipe, L.A. Weller-Brophy. Phys. Rev. Lett. 74, 10, por-GaP рост эффективности генерации ВГ обусловлен (1995).

двумя взаимосвязанными факторами: локальным увели[10] Properties of Nanostructured Random Media / Ed. V.M. Shaчением поля в результате конструктивной интерференlaev. Springer, N. Y. (2002).

ции рассеянных волн и увеличением длины взаимодей- [11] Л.А. Головань, А.М. Желтиков, П.К. Кашкаров, Н.И. Коротеев, М.Г. Лисаченко, А.Н. Наумов, Д.А. Сидоровствия волн накачки и нелинейной поляризации ввиду Бирюков, В.Ю. Тимошенко, А.Б. Федотов. Письма в частичной компенсации фазовой расстройки при распроЖЭТФ 69, 4, 274 (1999).

странении света в разнородной структуре. Идею первого [12] L.A. Golovan, V.Yu. Timoshenko, A.B. Fedotov, L.P. Kuzиз этих факторов можно сформулировать следующим netsova, D.A. Sidorov-Biryukov, P.K. Kashkarov, A.M. Zheltiобразом: поле в некоторой точке с координатой r может kov, D. Kovalev, N. Knzner, E. Gross, J. Diener, G. Polisski, быть записано в виде F. Koch. Appl. Phys. B 73, 1, 31 (2001).

[13] P.K. Kashkarov, L.A. Golovan, A.B. Fedotov, A.I. Efimova, E(r) =[1 + (r)]Ea, (9) L.P. Kuznetsova, V.Yu. Timoshenko, D.A. Sidorov-Biryukov, A.M. Zheltikov, J.W. Haus. J. Opt. Soc. Am. B 19, 9, где Ea — среднее поле в среде, а (r) — вариации поля, (2002).

зависящие от r. Усредняя, очевидно, получим (r) = 0.

[14] L.A. Golovan, L.P. Kuznetsova, A.B. Fedotov, S.O. Konorov, Усредненная нелинейная поляризация на частоте ВГ в D.A. Sidorov-Biryukov, V.Yu. Timoshenko, A.M. Zheltikov, этом случае будет пропорциональной среднему квадрату P.K. Kashkarov. Appl. Phys. B 76, 4, 429 (2003).

Физика твердого тела, 2005, том 47, вып. Увеличение эффективности нелинейно-оптических взаимодействий в наноструктурированных... [15] I.M. Tiginyanu, I.V. Kravetsky, J. Monecke, W. Cordts, G. Marowsky, H.L. Hartnagel. Appl. Phys. Lett. 77, 15, (2000).

[16] Л.А. Головань, В.А. Мельников, С.О. Коноров, А.Б. Федотов, С.А. Гаврилов, А.М. Желтиков, П.К. Кашкаров, В.Ю. Тимошенко, Г.И. Петров, Л. Ли, В.В. Яковлев.

Письма в ЖЭТФ 78, 3–4, 229 (2003).

[17] V.A. Mel’nikov, L.A. Golovan, S.O. Konorov, D.A. Muzychenko, A.B. Fedotov, A.M. Zheltikov, V.Yu. Timoshenko, P.K. Kashkarov. Appl. Phys. B 79, 2, 225 (2004).

[18] О.Г. Сарбей, Е.К. Фролова, Р.Д. Федорович, Д.Б. Данько.

ФТТ 42, 7, 1205 (2000).

[19] D. Kovalev, G. Polisski, J. Diener, H. Heckler, N. Knzner, V.Yu. Timoshenko, F. Koch. Appl. Phys. Lett. 78, 7, (2001).

[20] N. Knzner, D. Kovalev, J. Diener, E. Gross, V.Yu. Timoshenko, G. Polisski, F. Koch, M. Fujii. Opt. Lett. 26, 16, (2001).

[21] Л.П. Кузнецова, А.И. Ефимова, Л.А. Осминкина, Л.А. Головань, В.Ю. Тимошенко, П.К. Кашкаров. ФТТ 44, 5, (2002).

[22] Л.А. Головань, А.Ф. Константинова, К.Б. Имангазиева, Е.Ю. Круткова, В.Ю. Тимошенко, П.К. Кашкаров. Кристаллография 49, 1, 151 (2004).

[23] J.E. Spanier, I.P. Heman. Phys. Rev. B 61, 15, 10 437 (2000).

[24] Н. Бломберген. Нелинейная оптика. Мир, М. (1966). 424 с.

[25] J.W. Haus, R. Inguva, C.M. Bowden. Phys. Rev. A 40, 10, 5729 (1989).

[26] Ю.И. Сиротин, М.П. Шаскольская. Основы кристаллофизики. Наука, М. (1979). 639 с.

[27] A. Lagendijk, J. Gmez Rivas, A. Imhof, F.J.P. Schuurmans, R. Sprik. In: Photonic Crystals and Light Localization in the 21st century Ed. C.M. Soukoulis. Kluwer, Dordrecht (2001).

P. 447.

[28] В.М. Гордиенко, А.Н. Коновалов, С.А. Магницкий, Ж.С. Турсынов. Квантовая электрон. 31, 1, 83 (2001).

[29] P.M. Johnson, A. Imhof, B.P.J. Bret, J. Gmez Rivas, A. Lagendijk. Phys. Rev. E 68, 1, 016 604 (2003).

[30] M. Scalora, M. Bloemer, A. Manka, J. Dowling, C. Bowden, R. Vismanatan, J.W. Haus. Phys. Rev. A 56, 3166 (1997).

Физика твердого тела, 2005, том 47, вып.

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.