Дисциплины:
Курсовая работа
На тему:

Оптические и нелинейно-оптические эффекты в фотонных кристаллах.

Дисциплина: Другое
ВУЗ:МГУ имени М.В. Ломоносова
Формат: Word Doc

Просмотров: 1009 Добавлено: 2014-06-23




Часть текста

Оглавление

Введение

Обзор литературы

I. Фотонные кристаллы и аналогия с физикой твердого тела. Запрещенные зоны в фотонных кристаллах.

II. Линейные оптические свойства ФК.

III. Эффект «Оптического эха» и его качественное описание.

IV. Структуры на основе пористого кремния и его свойства.

Экспериментальная часть

I. Оборудование, используемое в эксперименте.

II. Приготовление образцов и описание метода травления.

Результаты

III. Линейные спектры.

Выводы

Список использованной литературы

Введение

Фотонные кристаллы представляют собой структуры с периодической пространственной модуляцией показателя преломления. Особенности взаимодействия электромагнитных волн с такими материалами обуславливают их оптические свойства. Основной практический интерес имеют возникающие в следствие такой модуляции фотонные запрещенные зоны – диапазоны длин волн падающего света, на которых волна не может распространяться по фотонному кристаллу и практически полностью отражается от него. Важно отметить, что для наблюдения оптических эффектов, характерных для периодических структур, необходимо, чтобы период модуляции был сравним по порядку величины с длиной волны падающего излучения. В самом простом случае фотонный кристалл представляет собой периодическую структуру, состоящую из двух слоев с различными показателями преломления. Свойства таких материалов и обсуждаются в данной работе, а также подтверждаются базовые теоретические предположения.

В экспериментальной части при снятии линейных спектров применялся метод исследования периодических структур, заимствованный из теории дифракции рентгеновских лучей, а именно метод Лауэ, позволяющий изучать свойства проходящего через материал излучения. В свою очередь второй метод, использующий брэгговскую геометрию к данному моменту является всесторонне изученным, с помощью него был получен и изучен целый ряд линейных и нелинейных эффектов, а именно расположение и сдвиг фотонных запрещенных зон, эффект Борманна и др. В статье [1], которая использовалась в данной работе, изучалось явление разделения импульсов в одномерном фотонном кристалле из пористого кремния. Оно было обнаружено в схеме Лауэ на нескольких длинах волн. В другой статье [2] исследовались структуры с квадратичной модуляцией толщин слоев и наблюдаемый в этом случае эффект «оптического эха». Мысль о том, что подобное явление, которое характеризуется делением и периодическим преобразованием формы исходного волнового пакета, может иметь место, пришла после проведения аналогий с моделью квантового гармонического осциллятора. Удалось провести только качественное описание этого эффекта, потому что в лаборатории не было необходимого оборудования для регистрации импульсов и их сравнения. Поэтому был проведен анализ результатов и рассуждений из статьи [2], которые планируется проверить в случае наличия необходимого для этого оборудования.

Основное внимание в практической части работы было уделено изготовлению фотонных кристаллов и исследованию общих закономерностей влияния изменения параметров травления образцов на их оптические свойства. Выбор данного способа изготовления образцов обусловлен его относительной практической экономичностью и практичностью в условиях лаборатории, а также широким диапазоном параметров получаемых структур.Изготовление проводилось с использованием усовершенствованной в работе [1] установки для получения структур в диапазона 50-400мкм. Для дальнейшего снятия линейных спектров было изготовлено три структуры, различающиеся по времени их травления и плотностям тока, что привело к их различному спектральному положению. Исходным материалом был кристаллический кремний, в котором при травлении в водно-спиртовом растворе фтороводородной кислоты образовывались поры. Пористый кремний достаточно широко используется в промышленности и проявляет достаточно интересные оптические и электрические свойства.

Выводы:

В данной работе были получены следующие результаты:

- Был проведен анализ причин образования запрещенных зон в фотонном кристалле, и установлены причины, по которым свет не может распространяться в структуре, имея определенную длину волны.

- Была получена оценка того как влияют различные параметры фотонного кристалла а также дефекты на положение запрещенных зон в нем. В частности линейные спектры, полученные для двух образцов, позволяют утверждать, что при увеличении угла падения пучка света на кристалл длины волн, которые попадают в запрещенную зону, испытывают «синий сдвиг». В процессе измерений были получены навыки работы с основными элементами оптических систем и в обработке спектров.

- Были проанализированы причины того, почему в фотонных кристаллах возможно наблюдать такой эффект как «оптическое эхо». Анализ проводился на основе соответствующей статьи [2].

- Была проверена применимость метода травления кристаллического кремния, используемого в работе [1], для изготовления образцов фотонных кристаллов с различными свойствами. Получены навыки работы с химическими реагентами и программным обеспечением, управляющим гальваностатом, осуществляющим травление.