Генерация третьей гармоники в структурах на основе мезопористого кремния

 

Дополнительные возможности достижения эффективного фазового согласования в одномерных фотонно-кристаллических структурах открываются при использовании слоёв ПК, обладающих двулучепреломлением. К таким слоям и относится мезопористый кремний. Для таких структур, в частности, характерно наличие двух фотонных запрещённых зон для разных поляризаций излучения [1]. Особый интерес представляют случаи, когда ФЗЗ возникает на основной частоте или частоте гармоники. Структуры на основе двулучепреломляющих слоёв ПК позволят сочетать фазовое согласование, обусловленное как двулучепреломлением слоёв, так и самой структурой, и усиление поля в многослойной структуре.

В данном исследование были рассмотрены образцы сведения о которых представлены в таблице 1.

 

Таблица 1 - Параметры многослойных структур на основе двулучепреломляющих слоёв мезопористого кремния

Образец	Вид образца	Параметры травления				Число пар	Положение ФЗЗ
		j1	t1	j2	t2
		мА/см2	с	мА/см2	с		мкм
A	Структура на подложке	50	6	100	3	20	1, 2-1, 4
B	Структура на подложке	25	5, 46	75	2, 18	24	0, 72-0, 86
C	Свободная плёнка	50	5, 3	100	3, 3	36	1, 15-1, 35
D	Свободная плёнка	25	4, 44	75	1, 77	60	0, 6-0, 7

 

На рисунке 23 показано, как меняются ориентационные зависимости сигнала ТГ при повороте многослойной структуры и, следовательно, при смещении положения ФЗЗ. Использовался образец C в геометрии " на проход". Рассмотрим сначала зависимость величины ТГ, поляризованной параллельно поляризации излучения накачки, от угла ѱ между осью [001] и поляризацией излучения накачки.

 

Рисунок 5.8 - Ориентационные зависимости сигнала ТГ, поляризованной параллельно (■ ) и перпендикулярно (О) поляризации излучения накачки, для образца С при различных углах падения излучения на образец: ? = 0° (a), ? = 20° (б), ? = 60° (в). Образец поворачивался вокруг оси [110]. Угол между плоскостью падения и поляризацией излучения накачки ѱ = 0° соответствует поляризации излучения накачки в одной плоскости с осью [001].

 

Как видно из рисунка 23а при нормальном падении излучения генерация ТГ существенно подавлена в том случае, когда излучение на основной частоте поляризовано вдоль оси [001]. Действительно, при такой поляризации частота излучения накачки попадает в ФЗЗ, при этом практически не происходит его распространения в структуре, что и проявляется в подавлении генерации ТГ. Напротив, если излучение накачки поляризовано вдоль оси [110], т.е. является обыкновенной волной, то оно не попадает в ФЗЗ, что приводит к сравнительно большому сигналу ТГ. Для ориентационной зависимости ТГ, поляризованной перпендикулярно поляризации излучения накачки, также наблюдается падение эффективности генерации ТГ, если волна накачки имеет большую составляющей необыкновенной волны. Это проявляется в том, что четырёхлепесковая ориентационная зависимость оказывается вытянутой вдоль оси ѱ = 90°.

Ситуация меняется на противоположную, если образец повернут на угол ? = 20° (рисунок 23б). В этом случае происходит смещение ФЗЗ в " синюю" сторону. Таким образом, оказывается, что для необыкновенной волны распространение излучения основной частоты разрешено, тогда как для обыкновенной волны оно, наоборот, подавлено. Это приводит к изменению вида ориентационной зависимости по сравнению со случаем ? = 0^°: сигнал ТГ при её накачке необыкновенной волной намного превосходит ТГ при накачке необыкновенной волной. В том случае, когда регистрируется ТГ, поляризованная перпендикулярно накачке, четырёхлепесковая ориентаци - онная зависимость оказывается вытянутой вдоль оси ѱ = 0°.

Наконец, при? = 60° (рис.23в) ориентационная зависимость сигнала ТГ, поляризованной параллельно излучению накачки, становится четы - рёхлепестковой, поскольку в этом случае ФЗЗ для обыкновенной и необыкновенной волн сместились настолько, что не препятствуют распространению излучения в многослойной структуре. Интересно отметить, что при повороте на угол? = 60° сигнал ТГ падает всего в два раза. Кроме того, оказывается, что при? = 60^° ориентационная зависимость сигнала ТГ, поляризованной перпендикулярно поляризации излучения основной частоты, обладает четырёхкратной симметрией, а её эффективность сравнима с эффективностью генерации ТГ для параллельно поляризованных волн накачки и ТГ. Эти факты не характерны для процесса генерации ТГ в одном слое (плёнке) ПК и, по-видимому, связаны с влиянием фазового согласования в многослойной структуре на процесс генерации ТГ. Рассмотрим теперь случай генерации ТГ в геометрии " на отражение" (рисунок 24). Как видно, в случае образца В, для которого излучение основной частоты не попадает в ФЗЗ, ориентационные зависимости в целом повторяют форму ориентационных зависимостей для с-Si. Для образца А, однако, форма ориентационной зависимости меняется. Этот результат объясняется влиянием ФЗЗ. Действительно, при поляризации излучения накачки вдоль оси [001] ФЗЗ для необыкновенной волны препятствует распространению излучения основной частоты в многослойной структуре, что и приводит к падению отклика на частоте ТГ [2]. Таким образом, получается, что эффективность генерации ТГ существенным образом зависит от положения ФЗЗ: запрет на распространение излучения на основной частоте или частоте гармоники приводит к подавлению процесса генерации гармоник. В многослойных структурах, сформированных из анизотропных слоёв ПК, это проявляется как модификация ориентационных и угловых зависимостей сигналов гармоник.

 

Рисунок 24 - Нормированные ориентационные зависимости сигнала ТГ, поляризованной параллельно (левая колонка) и перпендикулярно (правая колонка) поляризации излучения накачки, для c-Si (верхний ряд), образца В (средний ряд) и образца А (нижний ряд). Угол 0° соответствует направлению [001] (см. [2])

Заключение

 

) Проведено исследование влияния структурных характеристик пористых полупроводников и диэлектриков на их оптические линейные и нелинейные свойства, обуславливающие весь спектр применения пористых полупроводников в оптоэлектронике и микроэлектронике.

) В дипломной работе был проанализирован способ формирования пористых полупроводников методом электрохимического травления на примере пористого кремния. В результате чего были выявлены основные факторы, воздействующие на структуру пористого кремния при его формировании.

) Анализ способа получения пористых полупроводников показал, что на их основе можно успешно формировать фотонно-кристалические системы. Особенностью таких систем является возможность заполнения имеющихся у них пор различными средами, что приводит к изменению эффективных фотонных свойств пористых полупроводников.

) Проведенные исследования по генерация гармоник в многослойных периодических структурах на основе как микро-, так и макропористого кремния показали возможность управления эффективностью генерации гармоник в таких структурах путем изменения как величины периода структуры, так и угла падения излучения на структуру.

) Анализ показал, что легкость управления свойствами пористого материала, совместимость с технологическими операциями кремниевой микроэлектроники позволяют создавать светоизлучающие диоды, фотоприемники и световоды, которые в одной твердотельной схеме могут быть объединены в единый комплекс излучатель - оптическая среда передачи информации - приемник.

⇐ Предыдущая12345

Поделиться: