Введение к работе
Актуальность диссертации. Рассматриваемый в работе новый механизм нелинейного оптического поглощения в твердых телах - многофотонные межзонные переходы с участием свободных носителей - играет принципиальную роль в создании значительных концентраций неравновесных электрон-дырочных пар (ЭДП) в широкозонных полупроводниках и диэлектриках при высоких интенсивностях лазерного излучения, что при определенных условиях может приводить к оптическому пробою материала Исследование факторов, обусловливающих оптический пробой материалов, остается актуальной задачей физики взаимодействия мощного оптического излучения с веществом Начальная стадия пробоя может быть связана с процессом многофотонной лавины, ключевым механизмом запуска которой как раз и являются многофотонные переходы (МФП) с участием свободных носителей
Рассмотренные в диссертации оже-процессы в гетероструктурах типов I и II с глубокими квантовыми ямами (КЯ) лежат в основе эффекта фотонной лавины (ЭФЛ) Этот эффект может быть использован для получения коротковолнового излучения с помощью длинноволновой накачки в полупроводниковых лазерах, а также для сверхбыстрого оптического переключения между состояниями с существенно различными оптическими и электрическими свойствами
К числу актуальных областей нелинейной оптики твердых тел относится исследование процессов взаимодействия объемных материалов и квантовых наноструктур с излучением дальнего инфракрасного и субмиллиметрового диапазонов, где нелинейности высоких порядков проявляются уже при умеренных интенсивностях излучения Это подтверждается развитой в диссертации теорией МФП между подзонами размерного квантования в КЯ под действием излучения диапазона 100 мкм
Цель диссертационной работы состоит в исследовании новых типов высокоэффективных нелинейных оптических процессов в объемных кристаллах и наноструктурах
Научная новизна и защищаемые положения. На защиту выносятся следующие основные результаты и положения
Предложен и рассчитан новый механизм межзонных многофотонных переходов с участием свободных носителей для трехзонной модели диэлектрика или полупроводника При интенсивностях света 10и-1013 Вт/см2 этот механизм приводит к эффекту многофотонной лавины и при определенных условиях к оптическому пробою материала J
Развита теория нелинейного поглощения мощного лазерного излучения в непрямозонных полупроводниках для случая, когда энергия фотона меньше половины ширины запрещенной зоны На основе этой теории дана интерпретация экспериментальных данных по нелинейному поглощению
в нанокристаллах AgBr Показано, что наблюдавшееся в эксперименте резкое увеличение скорости генерации неравновесных электрон-дырочных пар при небольшом увеличении интенсивности света с энергией кванта 1,17 эВ в области 150 ГВт/см2 обусловлено оптическими межзонными переходами с участием высоковозбужденных свободных носителей
В результате расчета вероятностей межзонных оже-переходов в гетероструктурах с квантовыми ямами типов I и II показано, что эти переходы приводят к снижению пороговой интенсивности света, необходимой для запуска процесса фотонной лавины в этих материалах
Показано, что при интенсивностях порядка десятков МВт/см2 существенный вклад в поглощение излучения диапазона 100 мкм в полупроводниках и-типа с квантовыми ямами могут вносить и-фотонные переходы (вплоть до значений п = 5-7) между подзонами размерного квантования При этом зависимость вероятностей и-фотонных переходов от интенсивности света оказывается более плавной, чем получается при расчете с помощью стандартной теории возмущений
Апробация работы и публикации. Результаты диссертации докладывались на XIV Международной конференции по когерентной и нелинейной оптике ICONO/LAT'98 (Москва, 1998 г), Международной конференции по квантовой электронике IQEC/LAT 2002 (Москва, 2002 г), III Международной конференции «Фундаментальные проблемы оптики» (Санкт-Петербург, 2004 г), Международной конференции по когерентной и нелинейной оптике ICONO/LAT 2005 (Санкт-Петербург, 2005 г), IV Международной конференции «Фундаментальные проблемы оптики» (Санкт-Петербург, 2006 г.)
Основные результаты диссертации отражены в 17 публикациях, список которых приводится в конце автореферата
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав и заключения В конце работы приведен библиографический список использованной литературы, состоящий из 107 наименований Объем диссертации, включая 33 рисунка, 2 таблицы и библиографического списка, составляет 145 страниц
