Явление самоотражения в системе экситонов и биэкситонов в полупроводниках

• Автор: Ляхомская, Ксения Данииловна
• Шифр специальности: 01.04.02
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2001
• Место защиты: Тирасполь
• Количество страниц: 137 с. : ил

Оглавление
Введение

1 Когерентные нелинейные явления в собственных

полупроводниках. Обзор литературы.

1.1 Прохождение ультракоротких импульсов в протяженных средах.

1.2 Оптическая бистабильность

1.3 Явление самоотражения

2 Эффект самоотражения в системе экситонов и биэкситонов в

полупроводниках.

2.1 Введение. Постановка задачи

2.2 Гамильтониан задачи и основные уравнения. Диэлектрическая

функция среды
2.3 Обсуждение результатов интегрирования волнового
уравнения
3 Явление самоотражения в полупроводниках в условиях
двухфотонного одноимпульсного возбуждения биэкситонов.
3.1 Постановка задачи
3.2 Основные уравнения
3.3 Обсуждение результатов
4 Явление самоотражения в полупроводниках в условиях
двухфотонного двухимпульсного возбуждения биэкситонов.
4.1 Постановка задачи
4.2 Основные уравнения
4.3 Исследование оптических функций кристалла
4.4 Основные результаты численного интегрирования
5 Явление самоотражения в полупроводниках при учете экситон-фотонного и упругого экситон-экситонного взаимодействий.
5.1. Постановка задачи
5.2. Основные уравнения
5.3. Оптические функции кристалла. Оптический гистерезис
5.4. Обсуждение результатов
Заключение
Библиография
Введение
В настоящее время существенно повысился интерес к исследованию эффектов когерентного нелинейного распространения лазерного излучения в полупроводниках. К ним можно отнести эффекты самофокусировки, са-моиндуцированной прозрачности, оптической нутации, оптического эха, бистабильности и мультистабильности, которые связаны с более общим эффектом - так называемым оптическим Штарк-эффектом. Еще одним из проявлений оптического Штарк-эффекта является эффект самоотражения лазерного излучения, который был предсказан и изучен для среды, состоящей из двухуровневых атомов. Физически он заключается в том, что в полубесконечной оптически однородной нелинейной среде возникает обратная волна на индуцированном полем прямой волны пространственно неоднородном распределении нелинейного показателя преломления среды. Так как полупроводники обладают широким разнообразием механизмов и большими значениями оптических нелинейностей и малыми временами релаксации, то следует ожидать более яркого проявления эффекта самоотражения в собственных полупроводниках в системе экситонов и биэксито-нов. Хорошо известно, например, что процессы двухфотонного возбуждения биэкситонов из основного состояния кристалла и оптической экситон-биэкситонной конверсии характеризуются гигантскими силами осциллятора и узкими, 6-образными полосами излучения. Кроме того, пропускание и отражение лазерного излучения нелинейной пластинкой (резонатором Фабри-Перо) также существенно модифицируются при учете эффекта самоотражения по сравнению с учетом только френелевского отражения. Поэтому дальнейшее исследование эффекта самоотражения представляет значительный интерес. Данная диссертационная работа посвящена теоретическому исследованию эффекта самоотражения в полупроводниках при

торцу, устанавливается монотонно меняющаяся с расстоянием стоячая волна. Образование такой волны возможно при наличии прямой и обратной распространяющихся волн. Следовательно, в однородной нелинейно-оптической среде возникает обратная волна. Однако получить эти результаты в приближении медленно меняющихся огибающих для прямой и обратной волн невозможно, поскольку эти огибающие меняются быстро. Кроме того, в этом приближении получается интеграл движения связанных дифференциальных уравнений первого порядка для амплитуд этих волн, из которого следует невозможность образования обратной волны. Полученная здесь пространственная структура поля является результатом прямого численного решения нелинейного волнового уравнения (2.11).
На рис.2.3 представлены результаты исследования влияния расстройки резонанса 8 на структуру поля в среде (при фиксированных значениях параметров Рь ч/ и Ео). Видно, что увеличение абсолютного значения расстройки резонанса приводит к ряду эффектов: увеличивается амплитуда осцилляций и уменьшается их число, уменьшается расстояние, на которое проникает поле волны вглубь среды. Из рис.2.3 видно, что при 8 = 4 число осцилляций равно 15 и поле проникает на расстояние порядка г » 6Х, тогда как при 5 = 10 имеются всего лишь две осцилляции с большими амплитудами и волна проникает на расстояние г и 0.8А,. Одновременно со структурой поля на рис.2.3 представлены результаты расчета пространственного распределения нелинейных показателя преломления п и коэффициента экстинкции к среды. При малых значениях 5 в прилегающей к переднему торцу области кристалла, где амплитуда поля достаточно велика, показатель преломления равен примерно п » д/Ё^, а коэффициент экстинкции к практически равен нулю. Это является следствием эффекта насыщения среды, что следует из выражения (2.10) при