Нелинейно-оптическая спектроскопия кремниевых микроструктур

• Автор: Мартемьянов, Михаил Геннадьевич
• Шифр специальности: 01.04.21
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2006
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 174 с. : ил.

Глава I
Нелинейно-оптический отклик границ раздела, фотонных кристаллов и микрорезонаторов: обзор литературы

1. Генерация оптических гармоник г. однородной среде с нелинейными источниками

1.1. Нелинейная поляризация бесконечной среды: метод описания

1.2. Генерация второй гармоники и полубескопечной среде

1.3. Генерация анизотропных второй и третьей гармоник в средах

с кубичной кристаллической решеткой

2. Основные механизмы усиления нелинейно-оптических явлений

2.1. Эффекты фазового синхронизма в микроструктурах

2.2. Амплитудный механизм

3. Оптические свойства фотонных кристаллов и мнкрорезонаторов

3.1. Распространение света I! периодических структурах
3.2. Оптические и нелинейно-оптические свойства фотонных кристаллов и мнкрорезонаторов
4. Генерация оптических гармоник в многослойной среде
4.1. Распространение волны накачки в многослойной среде
4.2. Генерация и распространение волн гармоник в многослойной среде
5. Пористый кремний
5.1. Морфологические свойства пористого кремния
5.2. Оптические свойства пористого кремния
6. Экспериментальные установки
6.1. Установка для спектроскопии коэффициента отражения
6.2. Установка для спектроскопии интенсивности второй и третьей гармоник
6.3. Установка для измерения угловой зависимости интенсивности второй и третьей гармоник
6.4. Установка для измерения слабых сигналов второй гармоники

Глава II
Нелинейно-оптический отклик мезопористого кремния и границы раздела 81(100)-8Ю2
1. Обзор линейных и нелинейно-оптических свойств границ раздела 8ь БЮг и пористого кремния
1.1. I операция третьей гармоники на границе раздела 8ь8Ю2
1.2. Изготовление пористого кремния
1.3. Генерация второй и третьей гармоник в пористом кремнии
2. Генерация второй и третьей гармоники па границе раздела 81-8Ю2
2.1. Спектроскопия и анизотропия третьей гармоники на границе раздела 81-8102
2.2. Спектроскопия и анизотропия второй гармоники границы раздела 81-8Ю2
3. Образцы пористого кремния
3.1. Изготовление пористого кремния
3.2. Оп тические свойства пористого кремния
4. Нслипсй по-оптически и отклик мезонорнетого кремния
4.1. Спектроскопия и анизотропия третьей гармоники мезоиорн-стого кремния
4.2. Анизотропия второй гармоники мезопористого кремнии
4.3. Дисперсия показателей преломления пластин пористого кремния
Глава III
Генерация второй и третьей гармоник в фотонных кристаллах на основе мезопористого кремния
1. Обзор нелинейно-оптических явлений в одномерных фотонных кристаллах
1.1. Генерации второй гармоники в фотонных кристаллах
1.2. Генерация третьей гармоники в фотонных кристаллах
2. Образцы одномерных фотонных кристаллов
2.1. Изготовление фотонных кристаллов на основе пористого кремния
2.2. Линейная спектроскопия фотонных кристаллов пористого кремния
Оглавление З
3. Спектроскопия второй и третьей гармоник (фотонных кристаллов пористого кремния
3.1. Спектроскопия второй и третьей гармоник в фотонных кристаллах
3.2. Описание генерации второй и третьей гармоник в слое пористого кремнии іі рамках матричного формализма
3.3. Модельные спектры второй и третьей гармоник в фотонных кристаллах
4. Зависимость усиленим второй и третьей гармоник от дисперсии материала, формирующего фотонный кристалл
4.1. Роль дисперсии показателя преломления слоев фотонного кристалла в процессе генерации гармоник: модельные расчеты
4.2. Экспериментальное исследование генерации второй и третьей гармоник в областях с различной дисперсией
5. Особенности генерации второй и третьей гармоник в ограниченных фотонных кристаллах
5.1. Расчет спектров интенсивности второй и третьей гармоник в ограниченных фотонных кристаллах различной толщины
5.2. Экспериментальное наблюдение зависимости спектров второй и третьей гармоник от толщины фотонного кристалла
Глава IV
Генерация второй и третьей гармоник в одиночных и связанных кремниевых микрорезонаторах
1. Обзор пелнпейно-оптнчеекпх эффектов в одиночных и связанных мпкрорезопл горах
1.1. Генерация оптических гармоник в микрорезопаторах
1.2. Генерация оптических гармоник в связанных микрорезонаторах
2. Образцы фотоппокрпсталличееких микрорезопаторов и связанных мнкрорезонаторов
3. Спектроскопия интенсивности второй и третьей гармоник одномерных микрорезонаторов пористого кремния
3.1. к- п и/ спектры второй и третьей гармоник в микрорезопаторах
3.2. Механизмы усиления второй и третьей гармоник в мпкроре-зонаторах
Нелинейно-оптический отклик границы раздела ЗнБЮг-

ления дипольной объемной квадратичной восприимчивости интенсивность ВГ оказывается меньше интенсивности ТГ. Поэтому, интенсивность каскадной ТГ будет на несколько порядков меньше интенсивности прямой ТГ. Для проверки кубичной зависимости интенсивности ТГ от интенсивности излучения накачки была измерена зависимость интенсивности регистрируемого излучения от интенсивности волны накачки, которая ослаблялась путем помещения в накачку нейтральных фильтров с известным коэффициентом прохождения. Полученная зависимость представлена на рис. 12 в двойном логарифмическом масштабе. Коэффициент наклона прямой 2.7 ± 0.2, полученный линейной аппроксимациРис. 12: Зависимость логарифма интенсивности регистрируемого излучения от логарифма коэффициента прохождения излучения накачки.
ей, подтверждает кубичную зависимость интенсивности ТГ от интенсивности накачки.
Для более точного исследования анизотропных свойств ТГ были измерены азимутальные зависимости интенсивности ТГ при четырех длинах волн накачки: 815 нм, 859 нм, 898 нм и 1045 нм. Соответствующие энергии ТГ равны 4,55 эВ, 4,32 эВ, 4,13 эВ и 3,55 эВ. Результаты измерений представлены на рис.13. На всех зависимостях, кроме зависимости с энергией 4,13 эВ, можно увидеть симметрию четвертого порядка на интенсивном изотропном фоне. При энергии ТГ 4,13 эВ возможная амплитуда анизотропного вклада не превышает экспериментальной ошибки, что затрудняет обнаружение симметрии четвертого порядка. В максимуме коротковолнового резонанса 4,55 эВ наблюдается наибольшая модуляция анизотропной зависимости, которая остается примерно такой и на краю