Исследование микроструктур и границ раздела методом генерации второй оптической гармоники
Диссертация
Результаты, представленные в диссертации, получены на основе многократно повторенных экспериментов, проведенных на современном научном оборудовании с использованием современных методов обработки экспериментальных данных. Экспериментальные данные подтверждены теоретическими расчетами, основанными на адекватно выбранных физических моделях анализируемых процессов, а также не противоречат результатам… Читать ещё >
Содержание
- Глава I.
- Генерация второй оптической гармоники: способы описания и экспериментальные методики
- 1. Общее феноменологическое описание генерации второй гармоники в средах с квадратичной нелинейностью
- 1. 1. Генерация второй гармоники в регулярных средах
- 2. Анизотропия второй гармоники и её связь с симметрией кристалла
- 2. 1. Квадратичный нелинейно-оптический отклик неоднородных структур
- 3. Нелинейно-оптические методы исследования тонких пленок
- 3. 1. Нелинейный магнитооптический эффект Керра
- 3. 2. Генерация электроиндуцированной второй гармоники на поверхности полупроводников
- 4. Цели и задачи диссертации
- 1. Общее феноменологическое описание генерации второй гармоники в средах с квадратичной нелинейностью
- Глава II.
- Конфокальная лазерная микроскопия второй оптической гармоники единичных полупроводниковых микроструктур и пористого кремния
- 1. Конфокальная микроскопия
- 1. 1. Описание общих принципов конфокальной микроскопии
- 2. Конфокальная микроскопия второй гармоники микроструктур на основе ОаГпР/ОаАБ
- 2. 1. Экспериментальная установка конфокальной микроскопии второй гармоники
- 2. 2. Микроскопия и спектроскопия второй оптической гармоники единичных полупроводниковых микроструктур на основе Са1пР/СаАз
- 1. Конфокальная микроскопия
Список литературы
- Bloembergen N., Pershan P. S. Light waves at the boundary of nonlinearmedia // Phys. Rev. — 1962. —Vol. 128.- Pp. 606−622.
- Brown F., Parks R., Sleeper A. Nonlinear optical reflection from metalic boundary // Phys. Rev. Lett. — 1965. — Vol. 14, no. 25. — Pp. 1029−1030.
- Исследование структуры ленгмюровских пленок методом генерации отраженной второй гармоники / О. Акципетров, Н. Ахмедиев, И. Баранова et al. // ЖЭТФ. 1985. — Vol. 89, no. 3. — Pp. 911−921.
- Detection of molecular monolayers by optical second-harmonic generation / C. Chen, D. Ricard, T. Heinz, Y. Shen // Phys. Rev. Lett. — 1981. — Vol. 46, no. 15. Pp. 1010−1012.
- Periodically poled silicon / K. Hon, Nick, K. Tsia, Kevin, R. Solli D, B. Jalali // Appl. Phys. J. 2009. — Vol. 94. — P. 91 116.
- Melnikov A., Nikulin A., Aktsipetrov O. Hyper-rayleigh scattering by in-homogeneous thin films of Pba-(Zro.53 Т1о.47)Оз: Disorder effects // Phys. Rev. B. 2003. — Vol. 67. — P. 1.
- Reflection second-harmonic microscopy of individual semiconductor microstructures / S. I. Bozhevolnyi, A. Maidykovski, B. Vohnsen, V. Zwilier // J. Appl. Phys.— 2001. — Vol. 90, no. 12.- Pp. 6357−6362.
- Конфокальная микроскопия второй гармоники слоистых микроструктур на основе пористого кремния / А. И. Майдыковский, Н. М. Нагорский, Т. В. Мурзина et al. // Письма в ЖЭТФ. — 2011. — Vol. 94, по. 6. — Р. в печати.
- Giant microcavity enhancement of second-harminc generation in allsilicon photonic crystals / Т. V. Dolgova, A. I. Maidykovski, M. G. Marte-myanov et al. // Appl Phys. Lett. — 2002. — Vol. 81. — Pp. 2725−2727.
- Giant third-harmonic in porous silicon photonic crystals and microcavi-ties / Т. V. Dolgova, A. I. Maydykovsky, M. G. Martemyanov et al. // JETP Lett. — 2002. — Vol. 75. — Pp. 15−19.
- Giant optical second-harmonic generation in single and coupled microcav-ities on the base of one-dimensional photonic crystals / Т. V. Dolgova, A. I. Maidykovski, M. G. Martemyanov et al. //J. Opt. Soc. Am. В.— 2002. Vol. 19. — Pp. 2129−2140.
- Генерация оптической второй гармоники, индуцированной механическими напряжениями в кремнии / О. А. Акципетров, В. О. Бессонов, Т. В. Долгова, А. И. Майдыковский // Письма в ЖЭТФ.— 2009.— Т. 90, № 11. — С. 813−817.
- Second harmonic generation study of internally generated strain in bismuth-substituted iron garnet films / P. Kumar, A. I. Maydykovskiy, M. Levy et al. // Opt. Express. — 2010. — Vol. 18. — Pp. 1076−1084.
- Бломбергеи H. Нелинейная оптика. — Москва: Мир, 1966.
- Клышко Д. Н. Физические основы квантовой электроники. — Москва: Наука, 1986.
- Шен И. Р. Принципы нелинейной оптики. — Москва: Наука, 1989.
- Ахманов С. А., Никитин С. Ю. Физическая оптика.— Москва: М.:Изд-во Моск. ун-та, 1998.
- Shen Y. The Principles of Nonlinear Optics. — New York: John Wiley and Sons, 1984.
- Акципетров О. А., Баранова И. М., Ильинский Ю. А. Вклад поверхности в генерацию отраженной второй гармоники для центросимметричных полупроводников // ЖЭТФ. — 1986. Т. 91. — С. 287−297.
- Tom Н. W. К., Heinz Т. F., Shen У. R. Second-harmonic reflection from silicon surfaces and its relation to structural symmetry // Phys. Rev. Lett. — 1983. — Vol. 51. — Pp. 1983−1986.
- Interferometry of hyper-rayleigh scattering by inhomogeneous thin films / A. Fedyanin, N. Didenko, N. Sherstyuk et al. // Opt. Lett.— 1999.— Vol. 24, no. 18. P. 1260.
- Hyper-Raileigh scattering in Gd-containing Langmuir-Blodgett superstructures / T. -V. Murzina, G. B. Khomutov, A. A. Nikulin et al. // J. Opt. Soc. Am. B. — 2000. — Vol. 17(1). Pp. 63−67.
- Second-harmonic generation spectroscopy and hyper-Raileigh scattering in Langmuir-Blodgett films of fullerenes / E. D. Mishina, A. A. Fedyanin, D. Klimkin et al. // Surface Science. — 1997. Vol. 382. — Pp. 696−699.
- Pustogowa U., Hubner W., Bennemann К. H. Theory for the nonlinear magneto-optical kerr effect at ferromagnetic transition-metal surfaces // Phys. Rev. B. — 1993. — Sep. Vol. 48, no. 12. — Pp. 8607−8618.
- Pan R. P., Wei, H. D., Shen Y. R. Optical second-harmonic generation from magnetized surfaces // Phys. Rev. B. — 1989. — Vol. 39. — Pp. 12 291 234.
- Bennemann К. H. Theory for nonlinear magnetooptics in metals // Journal of Magnetism and Magnetic Materials. — 1999. — Pp. 679−705.
- Aktsipetrov O., Mishina E., A.V. P. Electric-field induced reflection in silver accompanying generation of the giant second harmonic // JETP Lett. 1983. — Vol. 37. — Pp. 707−709.
- Laser nonlinear-optical probing of silicon/si02 interfaces: Surface stress formation and relaxation / S. V. Govorkov, N. I. Koroteev, G. I. Petrov et al. // Appl. Phys. A. — 1990. Vol. 50. — Pp. 439−443.
- Khurgin J. B. Current induced second harmonic generation in semiconductors // Appl. Phys. Lett. — 1995. — Vol. 67. — Pp. 1113−1115.
- Lee C. H., Chang R. K., Bloembergen N. Nonlinear electroreflectance in silicon and silver crystals // Phys. Rev. Lett. — 1967. — Vol. 18. — Pp. 167— 170.
- Dc-electric-field-indused second-harmonic generation in Si (lll)-Si02-Cr metal-oxide-semiconductor structures / O. A. Aktsipetrov, A. A. Fedyanin, E. D. Mishina et al. // Phys. Rev. B.— 1996.— Vol. 54. Pp. 1825−1832.
- Dc-electric-field-induced and low-frequency electromodulation second-harmonic generation spectroscopy of Si (001)-Si02 interfaces / O. A. Aktsipetrov, A. A. Fedyanin, A. V. Melnikov et al. // Phys. Rev. B. — 1999. — Vol. 60. Pp. 8924−8938.
- Minsky M. Memoir on inventing the confocal scanning microscope // Scanning. 1988. — Vol. 10. — Pp. 128−138.
- Second-harmonic imaging of ferroelectric domain walls / S.I. Bozhevolnyi, J. M. Hvam, K. Pedersen et al. // Appl. Phys. L. — 1998.— Vol. 73.— Pp. 1814−1816.
- Second-harmonic scanning optical microscopy of poled silica waveguides / P. K., S. I. Bozhevolnyi, A. J. et al. // J. Appl. Phys.— 2000.— Vol. 88, no. 7. — Pp. 3872−3878.
- Uesu Y., Kurimura S., Y. Y. Optical second harmonic images of 90° domain structure in batio3 and periodically inverted antiparallel domains in litao3 // Appl. Phys. Lett. — 1995. — Vol. 66, no. 17. — Pp. 2165−2167.
- Second-harmonic generation in metal and semiconductor low-dimensional structures / O. A. Aktsipetrov, P. V. Elyutin, A. A. Fedyanin et al. // Surf. Sci. 1995. — Vol. 325. — Pp. 343−355.
- Canham L. Silicon quantum wire array fabrication by electrochemical andchemical dissolution of wafers // Appl. Phys. Lett. — 1990. —- Vol. 57, no. 10. P. 1046.
- Bisi O., Ossicini S., Pavesi L. Porous silicon: a quantum sponge structure for silicon based optoelectronics // Surf. Sci. Rep. — 2000. — Vol. 38. — P. 1.
- Bulk and surface contributions to second-order susceptibility in crystalline and porous silicon by second-harmonic generation / M. Falasconi, L. An-dreani, A. Malvezzi et al. // Surf. Sci. — 2001. — Vol. 481. — Pp. 105−112.
- Optical second-harmonic generation studies of the structure of porous silicon surfaces / M. Cavanangh, J. R. Power, J. McGrip et al. // Thin Solid Films. 1995. — Vol. 255. — P. 146.
- Nanocrystal-size-sensitive third-harmonic generation in nanostructured silicon / L. Golovan, L.A. L.P. Kuznetsova, F. A.B., K. C.O. et al. // Appl. Phys. B. 2003. — Vol. 76. — P. 429−433.
- Эффективная генерация второй гармоники при рассеянии в пористом фосфиде галлия / JI. А. Головань, В. Мельников, К. С. О. и др. // Письма в ЖЭТФ. 2003. — Т. 78. — С. 229.
- Giant second harmonic generation in microcavities based on porous silicon photonic crystals / T. V. Dolgova, A. I. Maidikovsky, M. G. Martemyanov et al. // JETP Lett. 2001. — Vol. 73. — Pp. 6−9.
- Observation of the local field distribution in photonic crystal microcavity by snom technique / A. I. Maidykovski, О. V. Lebedev, T. V. Dolgova et al. // Proc. of SPIE. — 2002. — Vol. 4808. Pp. 180−185.
- Second harmonic generation and atomic-force microscopy studies of porous silicon / O. A. Aktsipetrov, A. V. Melnikov, Y. N. Moiseev et al. // Appl. Phys. Lett. — 1995. —Vol. 67, —Pp. 1191−1193.
- Second- and third-harmonic generation and hyper- rayleigh scattering in porous-silicon-based photonic microcavities / T. Murzina, I. Kolmy-chek, A. Maidykovski et al. // Opt. Lett. — 2008. — November. — Vol. 33, no. 22. — Pp. 2581−2583.
- Second-harmonic generation by sio2-si interface: influence of the oxide layer / L. L. Kulyuk, D. A. Shutov, E. E. Shrumban, O. A. Aktsipetrov // J. Opt. Sos. Am. В.- 1991.- Vol. 08. —Pp. 81 766−81 769.
- Ни S. M. Stress-related problems in silicon technology //J. Appl. Phys. — 1991. Vol. 70. — P. R53.
- A 90nm high volume manufacturing logic technology featuring novel 45nm gate length strained silicon cmos transistors / T. Ghani, M. Armstrong, C. Auth et al. // IEDM Technical Digest.— Washington, D.C., USA: 2003. — December 7−10.
- Goroff I., Kleinman L. Deformation potentials in silicon. III. Effects of ageneral strain on conduction and valence levels // Phys. Rev. — 1963. — Vol. 132. P. 1080.
- Identificatio of strained silicon layers at Si-Si02 interfaces and clean Si surfaces by nonlinear optical spectroscopy / W. Daum, H. J. Krause, U. Reichel, H. Ibach // Phys. Rev. Lett. — 1993. — Vol. 71. — Pp. 12 341 237.
- Characterization of dynamics in thin oxide layers on silicon by second harmonic generation / Y. Glinka, W. Wang, S. K. Singh et al. // Phys. Rev. B. 2002. — Vol. 65. — Pp. 193 103−1-193 103−4.
- Flinn P. A., Waychunas G. A. A new x-ray diffractometer design for thin-film texture, strain, and phase characterization // J. Vac. Sei. Technol. B. 1988. — Vol. 6. — P. 1749.
- Application of convergent beam electron diffraction to two-dimensional strain mapping in silicon devices / A. Armigliato, R. Balboni, G. P. Carnevale et al. // Appl. Phys. Lett. — 2003. — Vol. 82. — P. 2172.
- Wolf I. D. Aaa // Semicond. Sei. Technol- 1996. — Vol. 11. —P. 139.
- Li M., Gu Z., Wang J. Shear-deformation-potential constant of the conduction-band minima of Si pseudopotential calculations // Phys. Rev. B. — 1990. — Vol. 42. — P. 5714.
- Pollak H., Cardona M. Piezo-electroreflectance in Ge, GaAs, and Si // Phys. Rev. 1968. — Vol. 172. — P. 816.
- Electroreflectance spectroscopy of strained Sii-xGex layers on silicon / T. Ebner, K. Thonke, R. Sauer et al. // Phys. Rev. B. — 1998. — Vol. 57. — P. 15 448.
- Chandrasekhar М., Grimsditch М. Н., Cardona М. Piezobirefringence above the fundamental edge in Si // Phys. Rev. В. — 1978.— Vol. 18.— P. 4301.
- Piezo-optical response of Ge in the visible UV range / P. Etchegoin, J. Kircher, M. Cardona, C. Grein // Phys. Rev. В. — 1992. — Vol. 45.— P. 11 721.
- Liipke G. Characterization of semiconductor interfaces by second-harmonic generation // Surf. Sci. Rep. — 1999. — Vol. 35. — P. 75.
- Heinz T. F., Loy M. M. Т., Thompson W. A. Study of Si (lll) surfaces by optical second-harmonic generation: Reconstruction and surface phase transformation // Phys. Rev. Lett. — 1985. — Vol. 54. — Pp. 63−66.
- Schriever C., Bohley C., R.B. W. Strain dependence of second-harmonic generation in silicon // Opt. Lett. — 2010. — Vol. 35. — Pp. 273−275.
- Liarokapist E., Richter W. Disign of two devices for biaxial stresses and their application to silicon wafers // Meas. Sci. Technol. — 1992. — Vol. 3.-Pp. 347−351.
- Тимошенко С. П., Войновский-Кригер С. Пластинки и оболочки.: Пер. с англ. — Москва: Наука, 1963.
- Aktsipetrov О. A., Braginskii О. V., Esikov D. A. Nonlinear optics of gy-rotropic media: second harmonic generation in rare-earth iron garnets // Kvantovaya Electron. — 1990. — Vol. 17. — Pp. 320−324.
- Second harmonic generation in anisotropic magnetic films / V. N. Grid-nev, V. V. Pavlov, R. V. Pisarev et al. // Phys. Rev. B. — 2001. — Apr. — Vol. 63, no. 18. P. 184 407.
- Magneto-optic spectra and the dielectric tensor elements of bismuth-substituted iron garnets at photon energies between 2.2 5.2 eV / S. Wittekoek, T. Popma, J. Roberson, P. Bongers // Phys. Rev. B. — 1975. —1. Vol. 7. Pp. 2777−2788.I
- Генерация оптических гармоник в эпитаксиальных пленках магнитных гранатов в области края фундаментального поглощения /
- B. В. Павлов, Р. В. Писарев, M. Feibig, D. Frohlich // Физика твердого тела. — 2003. — Т. 45, № 4. — С. 630−637.
- Генерация магнитоиндуцированной второй гармоники в магнитофо-тонных микрорезонаторах на основе феррит-граната / А. А. Федянин, Т. Ешида, К. Нишимура и др. // Письма в ЖЭТФ. — 2002. — Т. 76. —1. C. 609−613.
- Белов К. П., Зайцева М. А. Новые магнитные материалы ферриты-гранаты // УФК — 1958. — T. LXVI, № 1.- С. 141.
- Кринчик Г. С., Крылова В. А. Экваториальный эффект керра в ферритах гранатах // Письма в ЖЭТФ. — 1972. Т. 16, № 5. — С. 267.
- Звездин А. К., Котов В. А. Магнитооптика тонких пленок. — Москва: Наука, 1988.
- Yang H. RF-Sputter Fabrication of Magnetic Garnet Thin Films and Simulation Modeling For 1-D Magnetic Photonic Crystal Waveguide Devices: Ph.D. thesis / Michegan technological university.— 2005. —November.
- Ландау JI., Лифшиц E. Теоретическая физика: В 10 т. Том VII. Теория Упругости. Учеб. пособ.: Для вузов.— 5-е изд., стереот. изд.— Москва: ФИЗМАТЛИТ, 2003.
- In-plane magnetic anisotropies in epitaxial Fe (Oll) thin films / N. Tournerie, P. Schieffer, B. Lepine et al. // Phys. Rev. Я — 2008.— Vol. 78.-P. 134 401.
- Sander D. The correlation between mechanical stress and magnetic anisotropy in ultrathin films // Rep. Prog. Phys. — 1999. — Vol. 62. — P. 809−858.
- Yao K., Yu S., Tay F. E.-H. Residual stress analysis in ferroelectric Pb (Zr0.52Ti0.48)O3 thin films fabricated by a sol-gel process // Appl. Phys. Lett. — 2003. — Vol. 82, no. 25.
- Цыбуля С. В., Черепанова С. В. Введение в структурный анализ на-нокристаллов. — Учебное пособие, Новосибирск, 2008.
- Stresses in Pt/Pb (Zr, Ti)03/Pt thin-film stacks for integrated ferroelectric capacitors / G. А. С. M. Spierings, G. J. M. Dormans, W. G. J. Moors et al. // J. Appl. Phys.— 1995.— Vol. 78.- Pp. 1926−1933.
- Кристаллография, рентгенография и электронная микроскопия / Я. С. Уманский, Ю. А. Скаков, А. Н. Иванов, Jl. Н. Расторгуев.— Москва: Металлургия, 1982.
- Measurement of residual stress of PZT thin film on Si (100) by synchrotron x-ray rocking curve technique / Y.H.Yu, M. Lai, L. Lu, P. Yang // Journal of Alloys and Compounds. — 2008. — Vol. 449. — Pp. 56−59.
- Inhomogeneous deformation of siicon surface layers probed by second-harmonic generation in reflection / S. V. Govorkov, V. I. Emelyanov, N. I. Koroteev et al. // J. Opt. Sos. Am. В.— 1989.— Vol. 06.— Pp. 61 117−61 124.
- Strain-induced three-photon effects / J.-W. Jeong, S.-C. Shin, I. Lyubchanskii, V. Varyukhin 11 Phys. Rev. B. — 2000. — Vol. 62, no. 20.
- Influence of lattice mismatch on magnetization-induced optical secondiharmonic generation from a magnetic film on nonmagnetic substrate / I. L. Lyubchansky, J.-W. Jeong, S.-C. Shin et al. // J. Appl. Phys. — 2000. Vol. 87. — Pp. 6794−6796.
- Magneto-optical properties of bi-substituted yttrium iron garnet films by metal-organic decomposition method / T. Ishibashi, T. Kosaka, M. Na-ganuma, T. Nomura //J. Phys.: Conf. Ser. — 2010. — Vol. 200. — Pp. 1−4.