Главная > Оптика > Оптические вычисления
<< Предыдущий параграф
Следующий параграф >>
<< Предыдущий параграф Следующий параграф >>
Макеты страниц

2.4. Причины возникновения нелинейных оптических эффектов в полупроводниках

Механизм нелинейности в полупроводниках связан с характером оптического возбуждения в материале. При поглощении квантов с энергией, меньшей ширины запрещенной зоны, в полупроводнике образуются экситоны [10]. Свободный экситон представляет собой связанное состояние электрона и дырки (связь осуществляется посредством кулоновского

взаимодействия). Такой экситон возникает в полупроводнике при поглощении кванта света с энергией, близкой ширине запрещенной зоны. Некоторые экситоны могут быть локализованы на примесях, обычно присутствующих в полупроводниках (донорных или акцепторных), образуя таким образом связанный экситон [11]. Биэкситон — это связанное состояние двух экситонов, несколько напоминающее молекулу водорода, являющуюся связанным состоянием двух атомов водорода [10]. Экситонная нелинейность возникает вследствие насыщения экситонного поглощения и соответствующего изменения показателя преломления. Это «насыщение» обусловлено тем, что присутствие либо уже возникших экситонов, либо свободных носителей затрудняет образование экситона. Следовательно, интенсивность света, необходимая для выполнения переключений в экситонных системах, тесно связана с величиной интенсивности света, необходимой для насыщения резонанса экситонного поглощения. Интенсивность насыщения составляет меньшую величину для экситона большего радиуса или меньшей энергии связи. Более слабое электрон-фононное взаимодействие уменьшает эффект уширения линии экситонного поглощения и является причиной того, что эффекты, связанные с экситонами, наблюдаются при больших температурах. Следовательно, умеренные энергии связи экситонов вместе с минимальным электрон-фононным взаимодействием являются идеальным условием для реализации переключающих операций, характеризующихся малыми затратами мощности при комнатной температуре. Другой нелинейный механизм — это эффект «заполнения зоны», при котором заполнены состояния с энергиями, большими ширины запрещенной зоны, что препятствует поглощению на этих энергиях. Соответственно спектральная зависимость поглощения оказывается сдвинутой, и при энергиях, как раз меньших ширины запрещенной зоны, могут возникать большие изменения показателя преломления. В полупроводниках часто сосуществуют нелинейности двоякой природы — связанные как с экситонами, так и с заполнением зоны. Хотя сказанное здесь является крайне упрощенным описанием оптических нелинейностей в полупроводниках, оно содержит существенные элементы для понимания основ этих явлений.

<< Предыдущий параграф Следующий параграф >>
Оглавление