Аморфные полупроводники и приборы на их основе - Хамакава Й.
Скачать (прямая ссылка):
± М12 = 1080 X 10"'*
*' Из работы [ 24].
*3 II - поляризация параллельна направлению акустического смещения, I то же, перпендикулярна.
*3 Добротность Мг/- = п6 рц!р V3.
М2 для продольной объемной аустической волны составляла (981 -- 1080) • 10"18 с3/г.
Одно из преимуществ селеновых волноводов с металлическим покрытием заключается в том, что эта структура позволяет сконструировать волноводные акусто-оптические устройства на пьезоэлектрических подложках, используя сильный акустооптический эффект в а-8е. Посколь-
3 5
в
ь5
Рис. 7.2.11. Схематическое изображение модулятора [ 20]:
1 - входной свет; 2 - выходной свет; 3 - Аи-покрытие; 4 — эпоксидный клей; 5 - серебряный контакт; 6 -Р2Т-керамика; 7 — направление поляризации; Ь - продольная вибрация
340
ку в большинстве пьезоэлектрических материалов наблюдается значительное оптическое поглощение, их нельзя использовать в качестве подложек для ординарных диэлектрических волноводных структур. Эта проблема решается путем формирования металлической прослойки между пьезоэлектрической подложкой и слоем а-Бе.
В качестве предварительной попытки был изготовлен фотоупругий модулятор, использующий принцип пьезоэлектрического резонанса композиционного резонатора (рис. 7.2.11). В качестве подложки для возбуждения механических колебаний применялась пьезоэлектрическая Р7Т-керамика, на которую наносился слой а-8е с золотым покрытием. Сцепление обеспечивал специальный эпоксидный клей. В экспериментах при резонансе возбуждалась основная изменяющая длину мода или продольное колебание вдоль длины тонкого прямоугольного образца. Поэтому, введя три оси координат х, у, г (рис. 7.2.11), возбуждаемое механическое искажение 1 в одномерном приближении можно выразить в следующем виде:
5,, = 0,55?, ип(-пх/Г)е>"', (7.2.1)
где со и / — соответственно частота механических колебаний и длина образца. Падающий свет фокусировался на боковую грань для возбуждения 77Г-моды. Поэтому прошедший свет на выходной грани волновода приобретает относительный сдвиг фаз ф, равный
0= (2тт/\0)псо - (2тт/Х0)Апсо, (7.2.2)
где Д п = — іґ рх, 5, г
(7.2.3)
п - эффективный ПП в отсутствие искажений; р1, — константа фотоупругости; со — ширина образца, в направлении которой проходит падающий свет.
Для обнаружения модуляции интенсивности света за счет фотоупругого эффекта использовалась конструкция интерферометра Маха — Зен-дера (рис. 7.2.12). Падающий луч С02 -лазера расщеплялся на две ветви. Согласно уравнениям (7.2.2) и (7.2.3) луч света на одной из ветвей испытывает фазовую модуляцию, вызванную фотоупругим эффектом за счет механических искажений. Два луча, идущие по разным ветвям,
Рис. 7.2.12. Схема установки, использованной в экспериментах по модуляции 120]: 1 - Щ-СЛ-Тс-детектор; 2 - образец; 3 - аттенюатор; 4 - расщепитель луча (Се); 5 - С02-лазер; 6 - поляризация; 7 - осциллограф
341
200 210 220 /,кГц -20 -10 0 10 20 30 40 V, В
Рис. 7.2.13. Зависимость прлной электрической проводимости модулятора и изменение амплитуды детектируемого света от частоты возбуждения (задающей частоты) . Подаваемое напряжение поддерживается постоянным н- уровне 22,5 В [ 20]
Рис. 7.2.14. Зависимость детектируемой интенсивности света Ц от приложенного напряжения. Частота поддерживается на уровне резонансной частоты 211,2 кГц [ 20]
совмещаются на поверхности детектора. Следовательно, детектируемый свет модулируется по интенсивности благодаря интерференции двух лучей
На рис. 7.2.13 показаны результаты экспериментов по модуляции. Толщина слоя Se составляла 74 мкм. Длина / и ширина со равнялась соответственно 8,1 и 3,4 мм. Измерения резонансной частоты образца дали значение 211,2 кГц, что согласуется с расчетной величиной 209,5 кГц. Сплошной кривой показана зависимость полной электрической проводимости образца от частоты в окрестности резонанса. Изменение амплитуды детектируемого света показано штриховой кривой. Когда одна из ветвей интерферометра блокируется, модуляция интенсивности не происходит. Этот факт доказывает, что выявляемая модуляция есть результат фазовой модуляции за счет фотоупругого эффекта. Амплитуда возбуждающего напряжения равнялась 22,5 В. Согласно данным рис. 7.2.13 ширина полосы частот модулятора равняется 5,4 кГц.
На рис. 7.2.14 показана зависимость детектируемой интенсивности света от приложенного напряжения. Напряжение полуволны У' имеет вид
Гв = (тг/Мя'рцШ^п (7.2.4)
и равно 55 В. Экстинкция модулятора равна 91 %. Такая несовершенная экстинкция считается результатом несбалансированного разделения энергии расщепителем лучей и дополнительной интерференции воздушной моды, которая не связывается с волноводным слоем.
342
Улучшение акусто-оптических свойств аморфного селена путем сплавления
С практической точки зрения аморфный селен как акусто-оптичес-кая среда обладает рядом недостатков. Следует отметить низкую температуру плавления (~ 220 °С). Вследствие этого оптическое поглощение, хотя и слабое, может вызвать разрушение материала при высоком значении падающей энергии. Однако даже тогда, когда падающая оптическая энергия при 10,6 мкм, излучаемая лазером, работающим в режиме незатухающих колебаний, составляет несколько ватт, не наблюдалось никаких признаков разрушения, так что при умеренных оптических энергиях низкая температура плавления не может служить серьезной проблемой.
