Электронные, оптические и механические свойства кристаллов Ga1-x(Inx, Alx)Se, GaSe1-x(Sx, Tex) нелинейной оптики терагерцового диапазона

• Автор: Саркисов, Сергей Юрьевич
• Шифр специальности: 01.04.10
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2010
• Место защиты: Томск
• Количество страниц: 118 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
1. СаБе: ФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА, ЛЕГИРОВАНИЕ И ПРИМЕНЕНИЯ (ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР)
1.1. Физические свойства кристаллов ОаБе
1.1.1. Фазовая диаграмма системы Оа-Бе и технология получения Ga.Se
1.1.2. Структурные свойства ваБе
1.2. Влияние легирования на электрофизические, фотоэлектрические, оптические и механические свойства ва8е
1.2.1. Электрофизические и фотоэлектрические свойства ваБе
1.2.2. Спекгры оптического пропускания кристаллов СаБс и твердых растворов Оа^ДщЯе, Оа8е[_х8х, Оа8е1_хТех
1.2.3. Анализ дисперсионных свойств показателей преломления кристаллов ваве в ИК и терагерцовой областях спектра
1.2.4. Механические свойства ОаБе
1.3. Основные применения кристаллов ваБе
1.3.1. Использование кристаллов Оа8е для параметрического преобразования частоты в ИК-диапазоне
1.3.2. Генерация терагерцового излучения с помощью кристаллов СаБс
1.4. Выводы по главе
1.5. Постановка задачи
2. ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ИЗОВАЛЕНТНЫХ ПРИМЕСЕЙ А1,1и, Б, Те НА ЭЛЕКТРОФИЗИЧЕСКИЕ, ОПТИЧЕСКИЕ И МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ваБе
2.1. Синтез легированных слитков и выращивание монокристаллов
2.2. Экспериментальные методы исследования
2.3. Свойства монокристаллов Ga.Sc, легированных примесями
1п, А1, 8, Те
2.3.1. Электрофизические свойства
2.3.2. Оптические свойства твердых растворов Оа1.х(1пх, А1х)8е и СаБе^х, Тех)

2.3.3. Фотоэлектрические свойства твердых растворов
Саьх(1пх, А1х)8е и Са8е[..х(8х, Тех)
2.3.4. Термостимулированные токи в твердых растворах
Са1_х(1пх, А1х)8е и Са8е[.х(8х, Тех)
2.3.5. Механические свойства твердых растворов
Оа1_х(1пх, А1х)8е и Оа8е1.х(8х, Тех)
2.3.6. Структурные особенности поликристаллического и перекристаллизованного материала Са8е1.х8х. Характеризация поверхностей используемых кристаллов
2.4. Модификация свойств кристаллов ваБе путем отжига в парах серы
2.4.1. Термодинамический анализ процессов отжига ОаЭе в парах серы
2.4.2. Отжиг кристаллов ваБе в парах серы
2.5. Обсуждение полученных результатов
2.6. Выводы по главе
3. ЛОКАЛЬНАЯ ЭЛЕКТРОНЕЙТРАЛЬНОСТЬ И ВЛИЯНИЕ УПРУГОЙ ДЕФОРМАЦИИ НА СТРУКТУРНЫЕ И ЭЛЕКТРОННЫЕ
ХАРАКТЕРИСТИКИ ОаЬе
3.1. Теоретические результаты
3.1.1. Электронная структура и свойства е-ваБе в основном состоянии.
3.1.2. Расчет уровня локальной зарядовой нейтральности
3.1.3. Влияние давления на структурные и электронные свойства в -Оа8е
3.2. Анализ экспериментальных данных
3.2.1. Тип проводимости ростового в -ОаЬе
3.2.2. Межфазные границы в в -ОаЗе: барьеры металл/ е -Ga.se (барьер Шоггки)
3.2.3. Полупроводниковые гегеропары на основе соединения Саве
3.3. Выводы по главе
4. ГЕНЕРАЦИЯ И ДЕТЕКТИРОВАНИЕ ТЕРАГЕРЦОВОГО ИЗЛУЧЕНИЯ В КРИСТАЛЛАХ Оаве, ваБе^И Са8е,.чТех
4.1. Основные формулы и определения. Описание экспериментальных методик

4.1.1. Условия фазового синхронизма и эффективная нелинейность второго порядка в кристаллах ваЗе
4.1.2. Генерация терагерцового излучения при оптическом выпрямлении фемтосекундных импульсов. Электрооптическая регистрация терагерцового излучения. Принципы импульсной терагерцовой спектроскопии
4.2. Эксперименты по генерации и детектированию терагерцового излучения в кристаллах ва8е, ваЗе^^и СаЗе]_хТех
4.2.1. Спектральные зависимости показателей преломления и поглощения кристаллов ваЗе, ОаЗе1_хЗхи ОаЗе1.хТех
4.2.2. Выбор параметров нелинейного взаимодействия для проведения экспериментов по генерации и детектированию терагерцового излучения в кристаллах СаЗе, ОаЗе1_хЗхи ОаЗе!.хТех
4.2.3. Сравнительные эксперименты по генерации и детектированию терагерцового излучения в кристаллах ваЗе, Сга8е].х8х и СаЗе^Тс*
4.2.4. Модельное описание процессов генерации терагерцового излучения при оптическом выпрямлении фемтосекундных импульсов и электрооптического детектирования терагерцового излучения в кристаллах ваЗе
4.3. Выводы по главе
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
ЛИТЕРАТУРА

импульсе 6 мДж; частота следования импульсов 10 Гц). В качестве второго, перестраиваемого источника, использовался ПГС, накачиваемый третьей гармоникой этого же лазера со следующими параметрами: длительность импульса 5 не, энергия в импульсе 3 мДж, частота следования импульсов 10 Гц. Источник обладал высокой когерентностью, простотой перестройки и стабильностью. Пиковая выходная мощность для терагерцевого излучения достигала 69,4 Вт на длине волны 196 мкм (1,53 ТГц), что соответствовало эффективности преобразования фотонов 3,3 %.
Позднее этими же авторами достигнуты более высокие характеристики выходного излучения с пиковой мощностью 2364 Вт на 5,87 мкм и диапазоном перестройки 2,7-38,4 и 58,2-3540 мкм для первого и второго типов фазового согласования соответственно [18]. В работе японских авторов [75] применялась совершенно аналогичная схема эксперимента и кристаллы толщиной 2 миллимегра. Были получены сопоставимые спектральные характеристики выходного излучения (диапазон перестройки 0,07-5,2 ТГц), однако значения пиковой мощности были на 2-3 порядка ниже (15 мВ на 2,4 ТГц), что авторы связывают с наличием дефектов в кристаллах.
В работе [25] при ГРЧ в терагерцовую область отмечается, что использование кристаллов с меньшими концентрациями дислокаций и свободных носителей заряда приводит к более высоким выходным мощностям преобразованного излучения. Это объясняется рассеянием на дефектах и поглощением на свободных носителях.
Наибольшее распространение для генерации терагерцового излучения в ваБе к настоящему времени получило применение эффекта оптического выпрямления (ОВ) фемтосекундных импульсов. Этот эффект можно представить как генерацию разностных частот между всеми спектральными компонентами фемтосекундного импульса, спектральная ширина которого в силу соотношения неопределенностей составляет несколько ТГц. Для детектирования терагерцового излучения в Оа8с применяется (ЭОД). Более подробно процессы ОВ и ЭОД, а также принципы ИТС описаны в главе 4.
При генерации терагерцового излучения путем ОВ фемтосекундных импульсов кристаллы Ga.Sc предпочтительнее 7пТе при использовании импульсов короче 20 фс, то есть при генерации в области высоких терагерцовых частот > 8 ТГц [19]. Перестройка центральной частоты генерируемой полосы достигается изменением угла падения излучения накачки. В качестве электрооптических детекторов