Резонансное одно- и двухфотонное взаимодействие света с экситонами в квантовых точках CdSe/ZnS

• Автор: Туэрди Умайэр
• Шифр специальности: 01.04.10
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2008
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 90 с. : ил.

Глава I. Экситонные состояния в квазинульмерных полупроводниковых структурах

при различных уровнях возбуждения (по литературе)

§1.1. Экситонные состояния в квазинульмерным полупроводниковых

структурах

§1.2. Особенности нелинейных оптических эффектов при высоких уровнях

оптического возбуждения в полупроводниковых квантовых точках

§1.3. Методы получения полупроводниковых квазиодномерных и квазинульмерных

структур
Глава II. Нелинейное взаимодействие мощных ультракоротких импульсов света с экситонами в коллоидном растворе квантовых точек в гексане при их

резонансном двухфотонном возбуждении

§2.1. Исследуемые образцы квантовых точек

§ 2.1.1. Спектры пропускания и фотолюминесценции квантовых точек
СсЗБе^пЗ
§ 2.1.2. Спектры возбуждения фотолюминесценции квантовых точек
СсЙе/гпЗ
§ 2.2. Схема экспериментальной установки и методика измерения пропускания образца с квантовыми точками СбЗе/ЕпБ при различных уровнях
возбуждения
§ 2.3. Нелинейное пропускание коллоидного раствора квантовых точек СбЗе/ЕпБ при резонансном двухфотонном возбуждении основного экситонного
состояния
§ 2.3.1. Измерение коэффициента двухфотонного поглощения в квантовых
точках СсШеЖпЗ при резонансном возбуждении основного экситонного
перехода
§ 2.3.2.Ограничение интенсивности света при двухфотонном поглощении

Глава III. Нелинейное изменение показателя преломления в коллоидном растворе квантовых точек Сйве^пв в гексане при резонансном двухфотонном возбуждении экситонов
§3.1. Измерение изменения показателя преломления в коллоидном растворе квантовых точек Сс18е/2п8 в гексане при резонансном двухфотонном
возбуждении экситонов
§ 3.2. Температурная зависимость спектров пропускания коллоидного раствора
квантовых точек Сс18е/2п8 в гексане
Глава IV. Эффект насыщения и явления самовоздействия при резонансном однофотонном возбуждении экситонов в коллоидном растворе квантовых точек СйЗе^пв в гексане
§4.1. Нелинейное пропускание в коллоидном растворе квантовых точек Сб8е/гп8
в гексане при резонансном однофотонном возбуждении экситонов
§ 4.2. Эффекты самовоздействия в условиях насыщения поглощения в коллоидном растворе квантовых точек Сй8е/гп8 в гексане при резонансном однофотонном возбуждении экситонов
Заключение
Список литературы

В последние годы полупроводниковые структуры, в которых движение носителей ограничено по нескольким направлениям (квантовые ямы, нити и точки), привлекают внимание исследователей [1 - 6] не только своими специфическими электронными свойствами, но и возможностью их применения в электронных и оптоэлектронных устройствах [1,2].
Ограничение движения носителей в квазинульмерных структурах уменьшает расстояние между электроном и дыркой, тем самым, усиливая эффективное кулоновское взаимодействие между ними. Кроме того, если в квантовых ямах функция плотности состояний имеет ступенчатую форму, то в квантовых проводах и квантовых точках эта функция состоит из набора узких пиков. Безусловно, все это сказывается на оптических, электрических и магнитных характеристиках таких наноструктур, и позволяет надеяться на то, что в наноструктурах все нелинейные эффекты будут проявляться при значительно меньших накачках. Следует также отметить, что в квантовых точках и квантовых нитях практически все происходящие в них процессы даже при,малых уровнях оптического возбуждения можно считать неравновесными.
Дополнительные квантовые ограничения приводят к сужению спектра усиления, большим значениям дифференциального усиления [7], увеличению энергии связи экситонов [2] и большим оптическим нелинейностям [8]. Таким образом, применение наноструктур с пониженной размерностью может улучшить характеристики лазеров (снизить порог генерации, уменьшить влияние изменения температуры на характеристики лазера), оптических переключателей и ограничителей (понизить значения энергий, затрачиваемые на переключение и уменьшить времена переключения).
Совершенствование методов выращивания наноструктур за последнее время позволяет надеяться на то, что все особенности наностуктур, изложенные выше, найдут широкое практическое применение.
Настоящая диссертационная работа посвящена изучению природы нелинейных эффектов, возникающих при распространении мощных ультракоротких световых импульсов различной интенсивности в среде с полупроводниковыми квантовыми точками в условиях одно- и двухфотонного резонансного возбуждения основного экситонного состояния. Одной из основных особенностей спектров исследуемых наноструктур

представленного на Рис.2.19.(а), собирался светосильной линзой большого диаметра в направлении отражения накачки от стенок плоско-параллельной кюветы (толщиной 1 мм) с раствором квантовых точек. В этом случае одновременно с фотолюминесценцией мы пытались обнаружить процесс генерации второй гармоники при резонансном двухфотонном возбуждении экситонов. Этот процесс должен был проявиться в виде узкой линии на частоте, равной удвоенной частоте накачки, в районе максимума спектра поглощения, сдвинутой относительно широкой полосы двухфотонновозбужденной фотолюминесценции в облась больших энергий (Рис.2.2.). Однако узкая линия, соответствующая процессу генерации второй гармоники, в спектре излучения образца не наблюдалась. Этому может быть два объяснения. 1) Процесс генерации второй гармоники в коллоидных квантовых точках не столь эффективен. 2) Свет на частоте второй гармоники эффективно поглощается в растворе квантовых точек т.к. частота этого света совпадает с максимумом их спектра поглощения. В качестве контрольного для сравнения был проведен эксперимент по наблюдению процесса генерации второй гармоники в объемном полупроводнике Сбйе в геометрии «на отражение». При этом схема эксперимента была такой же, как и в выше приведенном эксперименте с квантовыми точками. В этом случае обнаружена как генерация второй гармоники, так и фотолюминесценция Рис.2.19.(6).
£ 2.3.2.Ограничение интенсивности света при двухфотонном поглощении.
Как видно из осциллограммы, представленной на Рис. 2.17, при относительно больших интенсивностях падающих на образец импульсов света в центральной части цуга, амплитуды импульсов, прошедших через кювету с квантовыми точками, практически одинаковые. Наблюдалось ограничение интенсивности света.
Как уже отмечалось выше, изменение интенсивности / плоской волны в изотропном веществе с коэффициентом линейного поглощения а и коэффициентом двухфотонного поглощения /? описывается уравнением (2.1). (2.2) - решение этого уравнения. Из (2.2) следует, что при условии
/„» (1-е-^Г1 (2.6)
0 р{ ~яу '
интенсивность волны не зависит от 1о. Уровень ограничения определяется выражением
гтах _ ^0 -^) /о П
пр ~ Р(.ел-)