Особенности взаимодействия излучения с веществом в полупроводниковых наноструктурах и фотонных кристаллах

• Автор: Гиппиус, Николай Алексеевич
• Шифр специальности: 01.04.21
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2005
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 215 с. : ил.

Основные цели работы

Научная новизна и практическая ценность работы

Основные положения, выносимые на защиту

Апробация работы

Структура диссертации

1 Краткий обзор литературы

1.1 Локальная и нелокальная восприимчивость полупроводниковых наноструктур

1.2 Пространственно-периодические микроструктуры

1.3 "Яблоновит"и методы изготовления фотонных

кристаллов

1.4 Фотонно-кристаллические слои и дифракционные решетки

1.5 Поляритонные фотонные кристаллы
1.6 Фотонно-кристаллические световоды
1.7 Планарные полупроводниковые микрорезонаторы
2 Пространственно-нелокальная восприимчивость полупроводниковых наноструктур
2.1 Нелокальный отклик в сверхрешетках диэлектрик/полупроводник
2.1.1 Радиус нелокальности в модели Томаса-Хопфилда
2.1.2 Размерное квантование
2.2 Формализм функций Грина
2.3 Функция Грина для слоистой среды
2.4 Коэффициенты отражения вблизи поляритонно-го резонанса
2.5 Выводы к Гл
Поляризационные свойства фотолюминесценции наноструктур
3.1 Полупроводниковые квантовые нити
3.2 Пористый кремний как ансамбль неизотропных квантовых точек
3.2.1 Краткий обзор экспериментальных данных
3.2.2 Модельные расчёты и сравнение с экспериментом
3.3 Выводы к Гл
Линейные свойства резонансных слоистых структур
4.1 Элементы оптики фотонных кристаллов
4.1.1 Пример модельной системы
4.1.2 Приближение пустой решетки и резонансные моды
4.2 Матрица рассеяния
4.2.1 Формулировка метода
4.2.2 Решение в модулированном слое
4.2.3 Интерфейсная матрица
4.2.4 Входящие амплитуды
4.2.5 Матрица рассеяния
4.2.6 Коэффициенты пропускания, отражения, дифракции и поглощения
4.2.7 Однородный слой
4.2.8 Пример для модельной структуры
4.3 Коэффициент пропускания модельной структуры
4.4 Квази-волноводные моды
4.4.1 Квази-волноводные моды и матрица рассеяния
4.4.2 Численный пример: квази-волноводные
моды в модельной структуре
4.5 Сравнение с расчётами методом конечных разностей
4.6 Выводы к Гл
5 Плазмонно-волноводные поляритоны
5.1 Спектры пропускания вблизи плазмонно-волноводных резонансов
5.2 Ближнее поле металло-диэлектрической структуры
5.3 Выводы к Гл
6 Нелинейное рассеяние поляритонов в планарных микрорезонаторах
6.1 Краткий обзор экспериментальных данных
6.2 Модель поляритон-поляритонного рассеяния
6.3 Стационарное приближение модели поляритон-поляритонного рассеяния
6.4 Анализ процессов насыщения и двумерности поляритон-поляритонного рассеяния
6.5 Выводы к Гл
Заключение

такие структуры должны обладать ярко выраженными анизотропными поляризационными свойствами. Эти эффекты обусловлены неоднородностью распределения электрического поля в структурах вакуум/полупроводник в случае, если электрическое поле имеет компоненты, нормальные к поверхностям раздела. Будет показано, что это обстоятельство должно вызывать
• ярко выраженную зависимость коэффициента поглощения квантовыми нитями от поляризации света
• линейную поляризованность люминесценции экситонов, локализованных в квантовых нитях
• анизотропию таких экситонных эффектов, как стационарный или оптический эффект Штарка
В наноструктурах, о которых идет речь[99, 104, 105], почти прямоугольные в сечении нити высоты /г, ширины Ьх, разделенные расстоянием / » Н,ЬХ (см. верхнюю панель на Рисунке 3.1), и окруженные с трех сторон вакуумом, создаются на поверхности полупроводника с квантовой ямой. Величины Ьх,1г обычно порядка 10-100нм. Толщина квантовой ямы сI как правило меньше (порядка 5 нм), а ее вертикальное положение г в квантовой нити может быть различным.
Распределение электрического поля в таких структурах благодаря большой разнице диэлектрических постоянных полупроводника (е ~ 10) и вакуума существенно зависит от взаимной ориентации нити и электрического поля. Например, однородное вдали от структуры и параллельное квантовым нитям поле остается однородным и внутри структуры. Однако поле,