Нелинейная терагерцевая спектроскопия полупроводниковых сверхрешеток

• Автор: Хвастунов, Николай Николаевич
• Шифр специальности: 01.04.05
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2010
• Место защиты: Саранск
• Количество страниц: 144 с. : ил.

Оглавление
Введение
Обозначения
Глава 1 Литературный обзор
Глава 2 Спектральные свойства полупроводниковой сверхрешетки, находящейся в бихроматическом электромагнитном поле
2.1 Функция распределения и минизонная скорость электрона .
2.2 Общая формула для тока и кратные гармоники тока
2.3 Кратные гармоники тока при отсутствии постоянного поля
накачки
2.4 Гармоники 0J2/0J1 = т/п, п >
2.4.1 Случай uJijbJi = т/
2.4.2 Случай ш^/ых = т/
2.4.3 Случай uj^/lüx — т/
2.5 Основные результаты главы
Глава 3 Генерация постоянного тока в полупроводниковой
сверхрешетке под воздействием бихроматического поля
3.1 Аналитическое выражение для постоянного тока
3.2 Постоянный ток в случае слабого пробного поля
3.2.1 Общая формула для постоянного тока в случае слабого пробного поля

3.2.2 Смешивание поля накачки и его гармоники (си 2 = ти1)
3.2.3 Смешивание поля накачки и его полуцелой гармоники (и>2 = тш 1/2)
3.2.4 Смешивание поля накачки и пробного поля в случае и>2 = тси/п (п > 2)
3.3 Основные результаты главы
Глава 4 Параметрическая природа выпрямленного тока
4.1 Баллистический транспортный режим
4.2 Параметрическая природа выпрямленного тока в случае баллистического транспорта
4.3 Параметрическая природа выпрямленного тока в случае диссипативного транспорта
4.4 Связь между постоянным током и усилением
4.5 Основные результаты главы
Глава 5 Нестабильность волн зарядовой плотности в полупроводниковой сверхрешетке под воздействием бихромати-
ческого поля
5.1 Функция распределения
5.2 Полный ток при наличии пространственной......дисперсии.слабого возмущения
5.3 Комплексная проводимость и спектр волн зарядовой плотности
5.4 Предел однородных полей (к = 0)
5.5 Основные результаты главы
Заключение
Список публикаций автора
Список литературы

Введение
В настоящее время существует острая необходимость в компактных, работающих при комнатной температуре источниках и детекторах когерентного монохроматического терагсрцевого (ТГц) излучения (0,3-10 ТГц). Область применения таких устройств необычайно широка - от астрономии, физики, химии и электроники до медицины, экологического мониторинга и систем безопасности [1]. Несмотря на значительный прогресс в развитии ряда перспективных источников ТГц излучения, в частности, квантовых каскадных лазеров |2] и частотных умножителей [3], каждый из существующих в настоящее время источников имеет некоторые фундаментальные ограничения на область их функционирования (низкие рабочие температуры, недолговечность и др.). Поэтому создание удовлетворяющего необходимым условиям источника ТГц излучения является актуальной и еще нерешенной проблемой современной оптики. Полупроводниковые сверхрешетки являются одними из наиболее перспективных кандидатов для использования их в качестве рабочей среды источников (детекторов) ТГц излучения, обладающих нужными свойствами. Классические работы L.Esaki и R.Tsu [4] и С.А. Ктиторова и др. [5] показали принципиальную возможность использования блоховских осцилляций минизонных электронов сверхрешетки, помещенной в сильное постоянное электрическое поле, для усиления ТГц излучения. Однако на практике реализовать эту идею до сих пор не удалось, несмотря на многочисленные теоретические разработки, стимулированные работами [4] и [5], вследствие деструктивного влияния на усиление электрических доменов, возникающих в режиме усиления, связанном с отрица-
ных соотношениях частот поля накачки и пробного поля. Показано, что использование этого геометрического представления значительно упрощает анализ - достаточно легко найти усиление для сигнала с произвольной частотой Ш2, используя характеристики сверхрешетки, сформированные микроволновыми полями. В частности, доказано, что для иррационального соотношения частот пробного поля и поля накачки усиление возможно только при условии статической дифференциальной проводимости. Найдено, что поглощение при произвольной частоте пробного поля, которая является некоторой полуцелой гармоникой поля накачки, всегда нулевое при отсутствии постоянного поля накачки. Представлена универсальная аналитическая процедура нахождения поведения различных физических переменных в квазистатическом пределе. Теоретические результаты подтверждены численными расчетами. Не смотря на то, что в работе [65] использовано только одно время рассеяния, результаты, полученные в ква-зиклассическом приближении, могут быть применены к более реалистическому случаю двух различных времен релаксации для энергии и импульса электрона. При исползовании двух времен релаксации вольт-амперная характеристика еще имеет вид, сходный с полученным Эсаки и Тсу [73]. В [66] показано, что области усиления можно определить простым качественным анализом вольт-амперной характеритики. Кроме того, результаты [66] могут быть обобщены и па другие физические системы с минизопами, например бозе-эйнштейновские конденсаты в оптических решетках [74].
Отметим, что при приложении чисто переменного поля к полупроводниковой сверхрешетке наблюдается интересный эффект генерации постоянного тока. Еще в сороковых годах было предположено, что при наличии чисто перменного электрического поля в элетрической цепи с нелинейными характеристиками может возникнуть постоянная компонента электрического' поля [75]. Подобная идея была высказана также в середине шестидесятых [76]. Несколько позже эффект генерации постоянного тока в