Введение к работе
Актуальность темы.
В последние года большой интерес вызывает изучение- сложных специально приготовленных структур с пониаенной размерностью, когда двияение частиц ограничено по одной, двум или трем координатам. Возникает так называемое квантовое ограничение, которое приводит к существенным отличиям в физических свойствах кизкоразмершх полупроводников по сравнению с объемными. Например, сплошной спектр поглощения преобразуется в серию дискретных уровней, характеризующих квантование электронов и дырок. Изменяется также роль кулоновского экранирования н обменных эффектов - в условиях размерного ограничения их влияние на оптические эффекты заметно сниаается. Таким образом, к богатому многообразию свойств полупроводников добавляется еще целнй ряд явлений, интересных как с точки зрения фундаментальных процессов, так и с практической стороны. Однако, в настоящее время, несмотря на большое количество работ по данной тематике, многие задачи остаются нерешенными, некоторые теоретические гшгатезн остаются без экспериментального подтверждения.
По целому ряду причин взоры как физиков теоретиков, так и экспериментаторов, традиционно занииапщася нелинейными свойствами твердых тел, обратились в сторону органических структур, помещенных в твердую диэлектрическую матрицу. Не исключено, что в близайшем будущем эти среды смогут стать достойными конкурентами полупроводникам как по быстродействию, так и по величине нелинейного отклика.
В настоящее время изучение таких объектов стимулируется возможностью создания оптических вычислительных систем. На сегодняшний день очень заманчивой выглядит идея замены традиционного электронного способа передачи и обработки информации на оптический. К основным элементам системы оптической передачи информации можно отнести электрически управляемый исто' чк света, элемент, передающий и преобразующий оптические сигналы, и элемент, преобразующий свет в электрический сигнал . Создание такой элементной базы позволит разработать вичислительгае комплексы
нового поколения, существенно превосходящие по многим параметрам производимые в настоящее время. В основу работы такого элемента будет, вероятно, положен процесс нелинейного взаимодействия мощного лазерного излучения с полупроводником вблизи края фундаментального поглощения, а особенно перспективным представляется полупроводник в условиях размерного ограничения.
Для изучения основных закономерностей в таких средах, необходим анализ формы края поглощения, его деформации при лазерном возбуждении, спектров люминесценции, особенностей насыщения поглощения.
Цель работы.
Целью настоящей работы является спектроскопическое
исследование квантового размерного эффекта в полупроводниковых
-микрокристаллах А1В7 и АгВб в стеклянной матрице, а также
органического красителя в пористой матрице. В качестве объекта
Исследования выбраны микрокристаллы cuci и casse в стеклянной
матрице, микрокристаллы cas в воде, пористые стекла, окрашенные
красителем акридиновый оранжевый.
Научная новизна.
1. Установлена роль квантово-размерных эффектов в нелинейном
поглощении микрокристаллов в двух случаях квантования
энергетического спектра : экситонов как целого и свободных
носителей.
-
Экспериментально обнаружено смещение экситонных полос в спектре поглощения микрокристаллов cuci при мощной резонансной накачке.
-
Изучен механизм нелинейного поглощения в условиях квантования энергетического спектра вкситонов для cuci. Показано, что уменьшение размеров кристаллитов приводит к возрастанию чуствителыюсти на оптическое возбуждение.
-
Показано, что оптимальным каналом возбуждения экситонов в стеклах с микрокристаллами cuci является поглощение света в области г1г-экситона.
Б. Получена корреляция между средним размером кристаллита и
интенсивностью насыщения в микрокристаллах cos в воде. 6. Исследовано насыщение поглощения и фотолюминесценция
акридинового оранзавого в пористых матрицах. Показано влияние ассоциатов на нелинейные свойства стекол. "
Практическая ценность.
В работе изучены нелинейные оптические свойства различных сред, объединенных понятием "квантовая ячейка". Проведенное исследование влияния квантования на нелинейный отклик в условиях квантования двквеиия зкситонов свидетельствует о перспективности таких сред для создания оптических элементов обработки информации.
Показана роль квантового ограничения в Формировании окраски промышленных стекол. Это позволяет использовать результата современной теории низкоразмерных систем для спткиязации параметров серийных отрезающих оптических фильтров.
Полодения, выносимые на защиту.
1. В кристаллитах cuci, соответствующих квзктошм ячейкам большого
радиуса (а > а^, где а - средний радиус кристаллита, а^-
Ооровский радиус акситсна), смещение вкситонной полосы при
о оптической накачке определяется при < 35 А энергией
взаимодействия двух зкситонов, локализованных в квантовой
ячейке.
2. В диапазоне размеров 5 < 35 а зкситонсподоонке возбуждения в
кристаллитах cuci мсшо рассматривать как когвренткыо, что
приводит к уненывегооэ вероятности слонтшшых переходоз и
интенсивности насыщения с уканыленкеа объема кристаллита.
3. Оптімескио процессы з стеклах, скраше'огах нояекулеки
акридинового орангэвого определяются лрксутститеа значительной
части красителя в виде динаров при я?0 > 1.7*Ю1Э см"2.
Личный Ек-пад автора.
Диссертация отражает личный вклад автора в исследования, все экспериментальные результаты получены самостоятельно.
Научным руководителям члену-корреспонденту АНБ, доктору физико-математических наук, профессору Грибковскоку В.П. и кандидату физико-матеуотических наук Зимину Л.Г. принадлежит об^ія постановка задачи и анализ полученных результатов. Зкмкн Л.Г.,
- Гапоненко СВ. и Малиновский И.Э. (ИФ АНБ) оказали методическую помощь при постановке экспериментов., Подорова Е.В. и Цехомский В.А. (ГОИ) приготовили образцы cuci, а Кузнецов П.И. и Якущева Г. Г. (ИРЭ АН СССР) — образцы case. Германенко И.Н. оказал помощь в автоматизации измерений.
Апробация работы.
Основные результаты диссертации докладывались на Международной конференции по оптической нелинейности и бистабильности в полупроводниках (Берлин, 1988), и Международном совещании "Нелинейная оптика и кинетика возбуждения в полупроводниках" (Бад Штуер (ГДР), 1989)), xxvi Международном коллоквиуме по спектроскопии (София, 1989), Европейской конференции по квантовой электронике (Дрезден, 1989), vin Международной конференции по тройным и многокомпонентным соединениям (Кишинев, 1990), 35Международном научном коллоквиуме (Ильменау (ГДР),1991)), х Международной Вавиловской конференции по нелинейной оптике (Новосибирск, 1990), Международном симпозиуме "Физика и химия органических систем: от кластеров к кристаллам" (Ричмонд (США), I99I)),xiv Международной конференции по когерентной и нелинейной оптике (Ленинград, 1991), Всесоюзном симпозиуме "Физические принципы и метода оптической обработки информации" (Гродно, 1991), хп конференции отдела конденсированных сред Европейского физического общества (Прага, 1992), Международном совещании "Фотонные переключения" (Минск, 1992), исследовательском симпозиуме по проблемам физики твердого тела, атомной и молекулярной спектроскопии (Триест (Италия), 1992), vii симпозиуме "Широкозонные полупроводники" (Триест (Италия), 1992, 1993), їх Республиканской конференции молодых ученых по спектроскопии и квантовой электронике (Паланга, 1989), Конференции молодых ученых по горячим электронам и коллективным эффектам в полупроводниках (Нида, 1990), vi научной конференции молодых ученых и специалистов (Ужгород, 1991).
Публикации.
Результаты диссертации опубликованы в 29 печатных работах, перечисленных в конце автореферата.
Структура и объем работы.
