Пространственно-модуляционная спектроскопия полупроводниковых материалов на основе динамических решеток

Abstract

Предмет исследования. Предложены методы диагностики функциональных материалов на основе записи и считывания динамических решеток. Метод. В основу положено использование импульсной записи тонких и объемных динамических решеток с последующим восстановлением непрерывным лазерным излучением, позволяющим проследить динамику формирования и релак- сации записываемой дифракционной решетки. На основе измеренных кинетик дифрагированного сигнала определяются нелинейно-оптические, термооптические и кинетические характеристики конденсированных сред. Основные результаты. Проанализированы возможности метода динами- ческих решеток для диагностики и измерения характеристик ряда функциональных материалов. Показана эффективность измерения кинетических характеристик в условиях импульсной записи тонких и объемных голографических решеток. На примере фоторефрактивного кристалла сили- ката висмута определены времена жизни коротко- и долгоживущих ловушечных уровней, уча- ствующих в процессе записи динамических решеток. Установлена зависимость дифракционной эффективности решеток от интенсивности записывающего излучения. Продемонстрированы пре- имущества использования дополнительной решетки (гомодина), позволяющей разделять вклады различных механизмов нелинейности в условиях их одновременного проявления. Такая методика применена к монокристаллическому германию. На примере пленки диоксида кремния предложен метод оценки толщины пленки на поверхности образца по амплитуде осциллирующей компонен- ты, связанной со звуковой волной, распространяющейся в воздухе у поверхности пленки. Для из- мерения нелинейной оптической восприимчивости пятого и более высокого порядков предложено использовать дифракцию в различные порядки на объемных динамических решетках. Разрабо- танные методики апробированы на фоторефрактивных кристаллах и полупроводниковых средах, диагностика которых позволила определить кинетические и термооптические характеристики, включая времена заселения ловушечных уровней, термооптический коэффициент и температуро- проводность. Практическая значимость. Предложенные в настоящей работе методы диагностики позволяют выделить различные механизмы нелинейности, участвующие в формировании дина- мических решеток, и измерить нелинейно-оптические, термооптические и кинетические харак- теристики (оптические восприимчивости различных порядков, термооптический коэффициент, температуропроводность, времена жизни свободных носителей заряда и ловушечных уровней).