Исследование спектров излучения импульсных квантовых каскадных лазеров терагерцового диапазона и их применение для спектроскопии гетероструктур на основе HgTe/CdTe с квантовыми ямами

• Автор: Ластовкин, Артём Анатольевич
• Шифр специальности: 01.04.03, 05.27.01
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2014
• Место защиты: Нижний Новгород
• Количество страниц: 167 с. : ил.

Оглавление
Введение

Г лава 1 Квантовые каскадные лазеры (обзор литературы)

1.1 Лазеры среднего инфракрасного диапазона

1Л Л Перестройка частоты ККЛ

1Л .2 Спектральные особенности ККЛ

1.2 Лазеры терагерцового диапазона

1.2 Л Волноводы и резонаторы для ТГц ККЛ

1.3 Технологии улучшения характеристик ТГц ККЛ

1.3 Л Методы увеличения рабочей температуры ТГц ККЛ

1.3.2 Увеличение мощности ТГд ККЛ

Глава 2 Спектральные исследования ККЛ ТГц диапазона
2.1 Исследуемые лазеры
2.2 Методика измерений характеристик ККЛ
2.2.1 Вольт-амперные характеристики ТГц ККЛ
2.2.2 Методика измерений токовых зависимостей интенсивности излучения ККЛ
2.2.3 Спектральные характеристики излучения ККЛ
2.3 Экспериментальные результаты и их обсуждение

2.3.1 Вольт-амперные характеристики
2.3.2 Исследование зависимостей интенсивности излучения ККЛ оттока
2.3.3 Осциллограммы импульсов излучения ККЛ
2.3.4 Спектры излучения ККЛ
Глава 3 Спектральные исследования ТГц ККЛ с высоким спектральным разрешением
3.1 Методика измерений спектров ККЛ с высоким разрешением
3.2 Результаты и обсуждение
3.2.1 ВАХ и излучательные характеристики
3.2.2 Спектры излучения ККЛ с высоким разрешением
3.2.3 Исследование перестройки частоты ККЛ за время импульса генерации
3.2.4 Увеличение частоты ККЛ при нарастании мощности излучения
3.2.5 Перестройка частоты ККЛ в течение импульса излучения большой длительности
Глава 4 Терагерцовая спектроскопия полупроводниковых узкозонных гетероструктур на основе соединения Г^СсГГе с использованием ТГц ККЛ.
4.1 Полупроводниковые узкозонные гетероструктуры на основе соединения НдСсГГе (обзор литературы)

4.2 Методика исследования циклотронного резонанса двумерных носителей заряда в полупроводниковых гетероструктур с использованием ТГцККЛ
4.3 Методика исследования циклотронного резонанса двумерных носителей заряда в полупроводниковых структур с использованием фурье-спектромметра
4.4 Методы исследования эффекта Холла и осцилляций
Шубникова - де Гааза
4.5 Метод расчёта зонной структуры КЯ и уровней Ландау
4.6 Исследуемые образцы
4.7 Исследование ЦР в гетероструктурах с КЯ НрТе/СбНрТе(013)
в классических магнитных полях
4.8 Спиновое расщепление Рашбы
4.9 Терагерцовая спектроскопия узкозонных гетероструктур на
основе ИрТе/Сс1Те(013) с КЯ в квантующих магнитных полях
Заключение
Список литературы

применение диагонального дизайна выгодно при высоких рабочих температурах (150-200 К). Для лазеров частоты ниже 3,5 ТГц диагонализация дизайна уже не компенсирует потери в силе осциллятора рабочего перехода, и, следовательно, коэффициент усиления лазерной структуры таких лазеров меньше [72]. Поэтому дальнейшее развитие получили лазеры, дизайн которых оптимизирован с точки зрения силы осцилляторов переходов между рабочими уровнями. В работе [72] продемонстрирован лазер диапазона 3 ТГц, излучение которого было зарегистрировано при температуре 199,5 К. Такое значение рабочей температуры лазера является рекордным на сегодняшний день значением для терагерцовых лазеров (без магнитного поля). Дизайн лазера был оптимизирован таким образом, что сила осциллятора рабочего перехода составила 0,58, в то время в работе, в которой был поставлен предыдущей рекорд, [4] только 0,41.
Подавить рассеяние электронов на ЬО - фононах можно и другим способом - за счет квантования уровней энергий рабочих переходов в магнитном поле. При этом полностью подавляется паразитный механизм рассеяния, связанный с безызлучательным переходом термализованных электронов с изменением квазиимпульса к. На Рис. 9 красными перечёркнутыми кружками обозначены значения максимальной рабочей температуры лазеров, которые были достигнуты в сильных постоянных магнитных полях до 45 'Гл [73]. Как видно из приведённого рисунка, применение сильных магнитных полей позволяет качественно улучшить характеристики ККЛ. Зарегистрировать излучение 2 ТГц ККЛ при температуре свыше 250 К, а также ТГц ККЛ при температуре около 10 К, но в рекордно-длинноволновой области излучения около 0,3 ТГц. Однако использование сильных электромагнитов с рассеиваемой мощностью в десятки МВт лишает лазерную систему компактности, малых габаритов, и небольшого энергопотребления.