Введение к работе
Актуальность диссертации. Практические задачи создания следующих поколений систем обработки и передачи данных обусловливают поиск новых физических механизмов управления светом с помощью света, в том числе механизмов оптического переключения В зависимости от характера решаемой практической задачи на первый план могут выходить такие параметры, как время переключения системы между состояниями с принципиально различными оптическими и (или) электрическими свойствами, энергия светового импульса, необходимая для переключения, либо интенсивность управляющего излучения, возможность перестройки спектрального диапазона работы устройст-ваитд
В диссертации показано, что использование эффекта фотонной лавины (ЭФЛ) для сверхбыстрого оптического переключения твердотельных наноструктур является перспективным для управления светом с помощью света Кроме того, ЭФЛ может использоваться для низкоэнергетического быстрого переключения наноструктур между состояниями с различными электрическими и оптическими характеристиками.
Переход электронной или электрон-колебательной системы в высоколе-жащее возбужденное состояние под действием низкочастотного электромагнитного излучения может быть обусловлен рядом процессов, в том числе, каскадными переходами в системе с эквидистантными (или почти эквидистантными) уровнями, и-фотонными переходами с и »1 или многочастичными процессами типа фотонной лавины. В диссертации предложена теория нового механизма переходов электронной системы из основного состояния в состояния с энергией возбуждения, многократно превышающей величину кванта света, вызывающего переходы Предложенный механизм может быть, в принципе, использован для генерации низкочастотным светом высокоэнергетических возбуждений примесных систем и наноструктур.
Изучение пробоя в диэлектриках и широкозонных полупроводниках необходимо для понимания физики взаимодействия мощных лазерных импульсов с веществом и для оптимизации работы самих лазеров С другой стороны, это явление имеет широкое практическое применение в лазерном бурении, медицине, различных микропроцессах и т. д. Для вдентификации механизмов пробоя было проведено большое количество экспериментов и теоретических исследований Однако к настоящему моменту теоретические модели лишь частично согласуются с экспериментальными данными, поэтому область исследования механизма пробоя пользуется повышенным вниманием В работе предлагается новый механизм предпробойной генерации электрон-дырочных пар, основанный на эффекте многофотонной лавины. Показывается, что при интенсивно-стях, иревьнпающих пороговые значения, предложенный механизм генерации неравновесных электрон-дырочных пар оказывается более эффективным, чем «обычное» многофотонное поглощение
Таким образом, исследование в настоящей работе новых механизмов по глощения света, характеризуемых высокой степенью нелинейности, в полупро водниковых наноструктурах и объемных кристаллах является, безусловно, актуальным как в плане рассмотрения новых нелинейно-оптических явлений, так и для перспективных приложений в квантовой электронике.
Цель диссертационной работы состоит в исследовании новых, перспективных для приложений в квантовой электронике, механизмов поглощения света, характеризуемых высокой степенью нелинейности, в полупроводниковых наноструктурах и объемных кристаллах.
Научная новизна и защищаемые положения. На защиту выносятся следующие основные результаты н положения.
При облучении гетероструктур с глубокими квантовыми ямами инфракрасным излучением с частотой, резонансной переходу между второй и третьей подзонами размерного квантования, в определенных условиях возможен запуск процесса фотонной лавины
Процесс фотонной лавины в квантовых ямах носит четко выраженный пороговый характер, причем пороговые интенсивности света составляют от десятков до сотен кВт/см2 Плотность световой энергии, необходимой для переключения материала между состояниями с различными оптическими и электрическими свойствами составляет для легированных квантовых ям Д^»~10-100 фДж/мкм2, для схем с межзонными фотопереходами в гетероструктурах типа I и П с глубокими квантовыми ямами Esvr-l-l0 пДж/мкм2.
Переход электронной системы из основного состояния в состояния с энергией возбуждения, многократно превышающей величину кванта возбуждающего света, возможен за счет нового механизма т н. оптического трамплина Этот механизм, включающий межподзонные фотопереходы электрона с участием другого электрона, приводит к эффективной ионизации глубокой легированной квантовой ямы длинноволновым светом с частотой, резонансной переходу между двумя нижними подзонами размерного квантования
Предпробойная генерация неравновесных электрон-дырочных пар в широкозонном диэлектрике или полупроводнике может происходить за счет механизма многофотонной лавины При интенсивностях света, превышающих пороговые значения, этот механизм обеспечивает большую скорость генерации электрон-дырочных пар, чем «обычное» многофотонное поглощение
Апробация работы и публикации. Результаты проведенных в работе исследований докладывались на Международной конференции по квантовой электронике IQECYLAT 2002. (Москва, 2002 г), Третьей и Четвертой Международных конференциях «Фундаментальные проблемы оптики» (Санкт-Петербург, 2004 г. и 2006 г.); Международных конференциях по когерентной и нелинейной оптике ICONO/LAT 2005 (Санкт-Петербург, 2005 г.) и ICONO/LAT 2007 (Минск, 2007 г).
Основные результаты диссертации отражены в 8 публикациях, список которых приводится в конце автореферата.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из Введения, трех глав и Заключения. В конце работы приведен библиографический список использованной литературы, состоящий из 101 наименования. Объем диссертации, включая 37 рисунков и библиографический список, составляет 118 страниц
