Оптически управляемые модуляторы света

holo_write

Здесь описан пространственно-временной модулятор света, работа которого основывается на уширении линии экситонного поглощения в электрическом поле. Такие линии, соответствующие переходам с образованием экситонов, имеют многие полупроводниковые кристаллы вблизи края фундаментального поглощения при низких температурах. Будучи чрезвычайно узкими, они уширяются в электрическом поле при напряженности поля выше некоторой критической. Ее величина зависит от параметров экситонов, таких как эффективная масса, радиус первой боровской орбиты, энергия связи экситона и составляет 105 … 106 В/ом. В этом случае интенсивность светового монохроматического (лазерного) пучка, проходящего через полупроводниковый кристалл и ослабленного экситонным поглощением, резко возрастает в момент включения электрического импульса.

Рассматриваемый ПВМС представлял собой структуру МДП и состоял из тонкого (до 0,3 мкм) эпитаксиального слоя селенида кадмия, выращенного на слюде, и напыленных с обеих сторон прозрачных электродов. При одновременной подаче на него импульса напряжения (поле до 105 В/ем) и светового сигнала на длине волны излучения гелий-пеонового лазера 633 нм), лежащей в области фундаментального поглощения кристалла, рождаемые электронно-дырочные пары разводились полем и на границе раздела полупроводник – диэлектрик захватывались ловушками, обладающими экснтонными уровнями. Образованный потенциальный рельеф приводил к зависящему от пространственной координаты ущирению линии экситронного поглощения (соответственно распределению интенсивности в сечении возбуждающего пупка) и сохранялся в течение суток после снятия электрического поля.

Считывание осуществлялось па длине волны экситопного поглощения излучением рубинового лазера на λ=690 нм. Амплитудный контраст был при этом невелик, около 6 : 1. Однако длина волны считывания находится в области аномальной дисперсии материала, благодаря чему изменение показателя преломления, а следовательно и фазовый контраст, достигали большой величины – до 0,5. Чувствительность ПВМС (пороговая) составляла 10-7…10-8 Дж/см2; время включения отклика около 1 мкс. Стирание информации осуществлялось электрическим полем или внешней засветкой структуры, выравнивающими потенциал на границе полупроводник — диэлектрик.

Серьезными недостатками структуры являются необходимость глубокого охлаждения полупроводника (около 90 К) и связанное с ним вакуумирование, недостаточно высокий оптический контраст, узкий спектральный диапазон чувствительности и трудность подбора рабочей пары — истопника излучения и соответствующей линии экситонного поглощения. Заметим, что последний недостаток частично может быть ослаблен при использовании полупроводниковых инжекционных лазеров и близких к ним по составу полупроводниковых пластин, например на основе тройного соединения GaAIAs. Кроме того, некоторые полупроводники, например селенид галлия, имеют интенсивные линии экситонного поглощения при комнатной температуре.

В оптически управляемом ПВМС на основе структуры металл-диэлектрик-полупроводник легко обеспечить изменение электрического поля в полупроводнике под влиянием внешнего излучения и в случае использования эффекта Франца—Келдыша.

В работе для этих целей использовалась несимметричная МДП-структура. На слой арсенида галлия толщиной 3 мкм, выращенный эпитаксией на полуметаллической подложке фосфида галлия, наносился диэлектрик (нитрид кремния) толщиной около 100 нм. Поверх структуры напылялись полупрозрачные золотые электроды. При приложении импульса электрического напряжения амплитудой 50 В большая часть его падала в слое арсенида галлия, создавая обедненный носителями заряда слой. Излучением гелий-неонового лазера на λ=633 нм можно было управлять концентрацией генерируемых неосновных носителей в слое напряжения. При полной релаксации неравновесного обедненного слоя практически все приложенное напряжение падало на слое диэлектрика, так что уровень пропускания ПВМС в освещенных участках структуры характеризовался отсутствием в них электрического поля.

Для считывания производимых полем (светом) изменений коэффициента поглощения Δа=105см-1 использовался полупроводниковый лазер с длиной волны излучения 880 нм, лежащей на краю зоны фундаментального поглощения полупроводника. Чувствительность к возбуждающему излучению, измеренная по максимальному контрасту (около 20), составила 104 Дж-1см2 и в последующих работах была улучшена до 105 Дж-1см2, быстродействие определялось временем релаксации области пространственного заряда и было не хуже 5-10-6 с. Эффективность модуляции света, однако, не превышала 1 %.

Приведенные результаты нельзя считать удовлетворительными. С гораздо лучшими характеристиками осуществляется модуляция света на эффекте Франца-Келдыша в адресуемых электрическим полем ПЗС-структурах. Они могут управляться и оптически.

Добавить комментарий

Your email address will not be published.

Default thumbnail
Previous Story

Полупроводниковые модуляторы света

Next Story

Оцінка похибок прямих та непрямих вимірювань

Latest from Оптикоэлектронная елементная база

Модуляторы света

Модуляторы света на основе электрооптической керамики Свойства электрооптической керамики состава ЦТСЛ Пространственно-временные