Динамическая дифракция фемтосекундных лазерных импульсов в одномерных фотонных кристаллах

• Автор: Свяховский, Сергей Евгеньевич
• Шифр специальности: 01.04.21
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2014
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 137 с. : ил.

Оглавление
Введение
Глава 1. Электромагнитные волны в периодических средах: теоретические и экспериментальные исследования (обзор литературы)

§ 1.1 Электромагнитные волны в периодических средах

§ 1.2 Свет в периодических средах: фотонные кристаллы

1.2.1 Фотонная запрещенная зона

1.2.2 Брэгговская дифракция в искусственных опалах

1.2.3 Дифракция коротких импульсов в геометрии Лауэ

1.2.4 Дифракция импульсов с фазовой модуляцией в фотонных кристаллах

§ 1.3 Пористый кремний и фотонные кристаллы на его основе

1.3.1 Электрохимическая методика формирования пористого кремния
1.3.2 Оптика пористого кремния. Модели эффективной среды .
1.3.3 Фотонные кристаллы на основе пористого кремния
1.3.4 Термическое окисление пористого кремния
§ 1.4 Численные методы расчета оптики фотонных кристаллов
1.4.1 Рекуррентный метод
1.4.2 Метод матриц распространения
1.4.3 Метод конечных разностей во временной области(ГБТО) .
Глава 2. Изготовление и характеризация фотонных кристаллов на основе пористых кремния и оксида кремния
§ 2.1 Экспериментальные установки и методы
2.1.1 Установка для изготовления структур из пористого кремния
2.1.2 Установка для линейной спектроскопии
2.1.3 Методика измерения толщин однородных пленок
2.1.4 Установка для измерения нелинейного поглощения

§ 2.5 § 2.

Глава

§ 3.2 § 3.

Исследование особенностей процесса электрохимического травления высоколегированного р—кремния
2.2.1 Зависимость толщины пористого слоя от времени травления. Скорость травления
2.2.2 Зависимость скорости травления от плотности тока травления
2.2.3 Линейное поглощение света в пористом кремнии
2.2.4 Нелинейное поглощение света в пористом кремнии
2.2.5 Влияние концентрации плавиковой кислоты
2.2.6 Режим электрополировки
Структуры большой толщины на основе пористого кремния
2.3.1 Уменьшение концентрации плавиковой кислоты в объеме раствора
2.3.2 Локальное уменьшение концентрации плавиковой кислоты: влияние перемешивания
2.3.3 Причины ухудшения травления
Термическое окисление
2.4.1 Отжиг тонких структур. Смещение спектра
2.4.2 Отжиг толстых структур
2.4.3 Неполный отжиг
Анизотропия пористого кварца
Фотонный кристалл для наблюдения дифракционного деления . 81 Выводы по главе
3. Временное деление лазерных импульсов в одномерных фотонных кристаллах, вызванное брэгговской динамической дифракцией в геометрии Лауэ
Обнаружение эффекта временного деления
3.1.1 Установка для измерения автокорреляционных функций .
3.1.2 Наблюдение временного деления
3.1.3 Время деления как функция толщины кристалла
3.1.4 Угловая зависимость эффекта временного деления
Сравнение экспериментальных результатов и теории
Численное моделирование дифракционного деления импульсов .
3.3.1 Маятниковый эффект
3.3.2 Временное деление импульсов
Выводы по главе

Глава 4. Управление фемтосекундными импульсами при помощи эффекта временного деления в фотонных кристаллах
§ 4.1 Исследование эффекта временного деления при помощи кросс-
корреляционной функции
4.1.1 Установка для измерения кросс-корреляционных функций
4.1.2 Зависимость эффекта временного деления от интенсивности накачки
§ 4.2 Поляризационная зависимость эффекта временного деления импульсов
4.2.1 Решёточная анизотропия одномерного фотонного кристалла
4.2.2 Автокорреляционный метод
4.2.3 Кросс-корреляционный метод
§ 4.3 особенности пространственного распределения интенсивности
импульсов в фотонном кристалле
4.3.1 Смещение импульсов при отстройке от угла Брэгга
4.3.2 Пространственно-временное распределение интенсивности
на выходной грани фотонного кристалла
§ 4.4 Распространение импульсов с квадратичной модуляцией фазы .
4.4.1 Установка для наблюдения эффекта селективной компрессии импульсов
4.4.2 Экспериментальное наблюдение селективной компрессии импульсов
4.4.3 Сравнение экспериментальных результатов, теории и численного моделирования
§ 4.5 Выводы по главе
Литература

от приложенного потенциала различают несколько случаев [83]: электро-полировка при большом потенциале, в этом случае анодный ток выходит на постоянный уровень; режим травления пористого кремния, в котором ток зависит от потенциала экспоненциально, а также промежуточные режимы - строгих порогов между ними нет.
H H *Г н н
Л / /
( Si —► Si

Si © Si Si Si

F F F X^S,F-«H.
f: / / ? F F
—► H‘*^*Si —^ Si4^H ► H y
X / F ' / / /
Si Si Si Si Si Si

Pue. 1.12: Схема электрохимической реакции травления пористого кремния [84].
При росте канала в кристаллическом кремнии его внутренняя поверхность практически сразу покрывается атомами водорода [85], таким образом, поверхность кремния оказывается пассивированной. Несмотря на то, что связь Si-H слабее связи Si-F, замещения водорода фтором в растворе без электрохимической реакции не происходит [86]. Основные стадии электрохимической реакции рассмотрены в [84]: под действием анодного потенциала дырка приходит на пассивированную поверхность и ослабляет связь Si-H (рис. 1.12). Атом фтора производит нуклеофильную атаку на эту связь и замещает атом водорода. Электрон связи Si-H освобождается. Электронная плотность около атома кремния падает, что позволяет новому иону фтора заместить второй атом водорода. Атом водорода, замещенный ранее, образует с ним молекулу Н2, которая выделяется в виде газа. Затем ионы фтора атакуют уже связи Si-Si и отделяют молекулу SiF4, которая образует в растворе HF комплекс SiFg-. Места разорванных связей Si-Si замещаются ионами водорода.
Концентрация дырок является существенным параметром процесса травления, поэтому принципиально различаются процессы травления кремния с разным уровнем и типом легирования [87]: кремний р—типа травится при более высоких концентрациях HF в растворе, а реакция травле-