Способ получения динамической объемной дифракционной решетки

 

СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ДИНАМИЧЕСКОЙ ОБЪЕМНОЙ ДИФРАКЦИОННОЙ РЕШЕТКИ путем облучения входной грани полупроводниковой подложки монохроматическим излучением, отличающийся тем,,что, с цепью упрощения способа, а Также расширения функциональных возможностей формируемых решеток и спектрального интервала Рабочих длин волн облучающего излучения , перед облучением просветляют входную и выходную грани подложки, выполненной из компенсированного полупроводника , и наносят на ее входную грань плоскую амплитудную решет- ; ку, а облучение осуществляют одним (Л пучком при температуре жидкого азота,

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

4 (51) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

llo делАм изОБРе Гений и ОтнРытий (21) 3671781/24-10 (22) 05.12.83 (46) 07.03.85. Бюп. Ф 9 (72) В .M. Гримблатов, Л.Ф. Калиниченко и Г. И. Салистра (71) Одесский ордена Трудового Красного Знамени государственный университет им. И.И.Мечникова (53) 535.853.31(088.8) (56) 1. Фундаментальные основы опти— ческой памяти и среды. Республиканский межведомственный научный сборник. Киев, изд-во КГУ, 1978, вып. 9, с. 15.

2. "Phys.Res.Repts", 7, supl.2, 1971, р. 1-81 (прототип).

„,SU, 1144074 (54) (57) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ДИНАМИЧЕС-.

КОЙ ОБЪЕМНОЙ ДИФРАКЦИОННОЙ РЕШЕТКИ путем облучения входной грани полупроводниковой подложки монохроматическим излучением, о т л и ч а ю— шийся тем, что, с целью упрощения способа, а также расширения функциональных возможйостей формируемых решеток и спектрального интервала

Ф абочих длин волн облучающего излучения, перед облучением просветляют входную и выходную грани подложки, выполненной из компенсированного полупроводника, и наносят на ее входную грань плоскую амплитудную решетку, а облучение осуществляют одним пучком при температуре жидкого азота.

1144074

Изобретение относится к технической физике и может быть использовано в системах адаптивной оптики, в частности для управления лазерными пучками. 5

Известен способ создания динамических объемных решеток путем облучения кристаллов с линейным электрооптическим эффектом двумя пересекающимися на поверхности кристалла лазерными пучками, сходящимися под небольшим углом (1) .

Основными недостатками этого способа является то, что он не позволяет быстро записывать динамическую . 15 объемную дифракционную решетку из-за малой подвижности носителей, а также то,что способу присущи узкий диапазон применения и узкий. спектр излучения, допустимого при создании ре- 20 щетки.

Наиболее близким к предлагаемому по своей технической сущности является способ получения динамической объемной дифракционной решетки путем 25 облучения входной грани полупроводниковой подложки монохроматическим

1излучением, в,соответствии с которым подложку также облучают двумя пучками, сходящимися на входной грани 50 подложки под небольшими углами к ней причем длина волны облучающего излучения совпадает с краем полосы фун даментального поглощения полупроводника (2j .

35 . Недостатками известного способа являются узкий диапазон применения и узкий спектр излучения, обеспечи- . вающего создание объемной решетки, а также его относительная сложность. 40

Причинами первого из перечисленных недостатков являются малость времеии рекомбинации собственных носителей и необходимость использования двух пучков, стабильно пересекающих входную грань под малыми углами к ней. Первая из указанных причин ограничивает время существования динамической объемной дифракционной решетки, что не позволяет использовать 50 ее для записи и хранения информации.

Вторая причина усложняет способ, да и вообще ставит .под сомнение возмож,ность использования таких динамических объемных дифракционных решеток 55 в практичееких системах адаптивной оптики, где невозможно удовлетворить жестким требованиям к углу схождения

r пучков. Использование же одного из двух п (чков в качестве управляемого крайне ограничено требованием равенства частот у обоих пучков. Второй недостаток связан с необходимостью равенства длины волны используемого излучения краю полосы фундаментального поглощения, что резко ограничивает сверху спектр пригодных для использования длин волн. Например, при использовании в качестве подложки кремния, ширина .запрещенной зоны которого при комнатной температуре составляет 1,02 эВ, допустимый спектральный диапазон ограничивается условием hщ„<1,14 мкм.

Цель изобретения —. упрощение способа, а также расширение функциональных возможностей формируемых решеток и спектрального интервала рабочих длин волн облучающего излучения.

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу получения динамической объемной дифракционной решетки путем облучения входной грани полупроводниковой подложки монохроматическим излучением перед облучением просветляют входную и выходную грани подложки, выполненной из компенсированного полупроводника, и наносят на ее входную грань плоскую амплитудную решетку, а облучение осуществляют одним пучком при температуре жидкого азота.

Способ осуществляется следующим образом.

Излучение, падающее на входную грань подложки из компенсированного полупроводника, дифрагирует на плоской амплитудной решетке, в результате чего в объеме подложки образуется периодическое распределение интенсивности I(x). При этом в области геометрической тени плоской амплитудной решетки величина I(x) меньше; чем под ее щелями. Чтобы не допустить размытия дифракционных порядков в объеме полупроводника из-за многократных отражений от граней, их просветляют на рабочую длину волны. Просветление входной грани, кроме того, увеличивает контрастность плоской амплитудной решетки как отражающего, так и поглощающего типа. Таким образом, продифрагировавшее на плоской амплитудной решетке излучение созда ет в объеме полупроводника изменяющееся с периодом этой решетки распре1144074 й=РС . (1) где R и 2

3 деление интенсивности I(x) излучения с длиной волны, попадающей в область примесного поглощения. Поглощение,в компенсированном полупроводнике приводит к генерации электронно-дырочных 5 пар с концентрацией — скорость генерации и время рекомбинации неравновесных носителей соответственно. ных носителей значительно больше времени прямой рекомбинации, то время жизни динамических объемных дифракционных решеток, получаемых предлагаемым,способом, на несколько порядков больше времени существования известных динамических объемных решеток. Воспроизводимость решеток рассматриваемого типа накладывает жест кие требования к взаимной стабильности двух пучков, создающих ее.В предлагаемом способе это ограничение снимается, так как требуется лишь один

При этом

15 (2) где ш, — коэффициеит поглощения; I— интенсивность излучения в полупроводнике, М вЂ” энергия поглощения кванта, — квантовый выход.

Z0

При достаточно малом М (о а (<1, где а — толщина полупрроводниковой подложки) и диффузионной длине носителей значительно меньшей, чем Q,, время поверхностной рекомбинации не отличается от.времени объемной рекомбинации. Поэтому в генерации неравновесных носителей участвует весь объем образца и =сопз ..При этом, поскольку в результате дифракции на плоской амплитудной решетке 1 =1(х), из (1) и (2) следует, что М=М(х), т.е. концентрация генерируемых пар> носителей имеет периодическую концентрацию по х . Это и означает образование динамической объемной дифракционной решетки, период и глубина которой совпадают с периодом плоской.амплитудной решетки и толщиной подложки. Малость коэффициента погло40 щения и, соответственно, концентра-. ций Неравновесных носителей, -образую-. щих динамические объемные дифракцион. ные решетки, требует принятия специ альных мер для уменьшения влияния од 45 норадиого теплового фона. С этой целью образец помещают в криостат, охлажденный до температуры жидкого азота.

Использование примесного поглощения для получения динамической объем-50 ной дифракционной решетки расширяет спектр используемого излучения и позволяет создавать решетки, значительно более коротковолновые, чем на основе собственного поглощения, используемого в известном способе.

Поскольку в компенсированных полупроводниках время рекомбинации неосновоблучающий пучок.

Пример. Создавалась динами- . ческая объемная дифракционная решетка в ИК-области спектра. В качестве подложки использовалась пластина монокристаллического германия толщиной

200-300 мкм. Германий легировался сурьмой и компенсировался медью со степенью компенсации 1,0-1,1 в диапазоне длин волн 1-5 мкм. После этого на входную и выходную грани под-, ложки наносилось просветляющее покрытие из Si02 на длину волны 3,4 мкм, Затем путем напыления с использованием фотолитографии на входной, грани поверх диэлектрика были нанесены эквидистантно расположенные полосы из золота, образующие плоскую амплитудную решетку. Изготовленную таким образом подложку крепили на прозрачном в ИК вЂ облас теплопроводящем основании из лейкосапфира и вместе с ним помещали в криостат, охлажденный до температуры жидкого азота, имеющий входное и выходное окна, прозрачные в ИК-области. Затем входную грань облучали квазипараллельным пучком излучения HeNe лазера с Я =3,39 мкм.

Контроль за образованием динамической объемной дифракционной решетки осуществлялся путем измерения дифракционного спектра прошедшего эту решетку излучения. При многократном переходе от комнатных температур к температуре жидкого азота всегда имело место разрежение дифракционного спектра, обусловленное проявлением динамической объемной дифракционной решетки при уменьшении теплового фона за счет охлаждения.

Таким образом, предлагаемый способ проще известного и характеризуется более широким диапазоном применения и спектральным интервалом рабочих длин волн облучающего излучения.