Лазерностимулированные изменения рефракции полупроводников типа AIIIBV и АIIВVI и оптические волноводы на их основе тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.10 ВАК РФ

Нацюнальна академ1я наук Украши Гнституг 4нзшси нашвпровщншш

РГ я од На правах рукопису

2 7 ПИЙ 1997

КАМУЗ Олександр Михайлович

ЛАЗЕРНОСТИМУЛЬОВАШ ЗМШИ РЕФРАКЦЦ НАШВПРОВЩНШШ ТИПУ АШВУ ТА А1^ I ОПТИЧШ ХВИЛЕВОДИ НА IX О С110131

01.04.10 - ф1зика нагавпровщниыв та д1електр1шв

Автореферат дисертацп на здобуття наукового ступеня доктора ф]зико-математичних наук

Кшв 1996

Дисертащао е рукопис.

Робота виконана в 1нституп ф1зики нагивпровщншав HAH Украши.

Офщшш опоненти: Член-кореспондент HAH Украши,

професор

ВАЛАХ Михайло Якович

Член-кореспондент HAH Украши, професор

ОДУЛОВ Серпй Георпевич

Доктор ф5зико-математичних наук, професор

ВЛОХ Орест Григорович

Провщна оргашзацш: Чершвецький державний

университет ¡м.Ю.Федьковича

Захисгвщбудеться "М " Сл^ИА 199?р. о 14 годиш на засвданш спещально! вчено! ради Д50.07.01 при 1нсгитуп фпики нашвпровщншав HAH Украши за адресою:

252650 МСП, Кшв 28, проспект Науки, 45.

3 дисертащао можно ознайомитися у 6i6nioTeui 1нституту ф1зики нашвпровщншав HAH Украши.

Автореферат роз!сланий "Ж" 199g р.

Вчений секретар спещашзовано! вчено'1 ради Д50.07.01

Шчф* 1ЩЕНКО С. С.

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуалыисть теми дооиджень. Сучасне сусшльство використовуе 1 виробляе колосальну кшыисть шформацп. Продуктившстъ кнуючих в даний час шформацшних технолопй досягне свое! меж1 приблизно в 2000-у рощ на р1вш 10"-10!2 операщй за секунду[1*], що обумовлено обмеженнями ф1зичних мехашзм1в, на яких базуеться м1кроелектрош-ка.

Значш перспективи на шляху подальшого збшьшення продуктив-иосп обробки шформацп мають оптоелектронш та оптичш методи, як1 будуть базуватись, в основному, на елементному базиа нагавпровщни-ково! пггегральноГ оптики. Приблизш оцшки продуктивное™ оптично-го процесора в режим! конвеерно! обробки дволнрних масив1в багато-розрядних двоГчних операндов дають величину 1013-1014 операщй за секунду [1*]. Тому технолопчний р1вень виготовлення елементно'У бази штегральноГ оптики в значшй \iipi визначае розвиток сучасних та май-бутшх шформащйних технологи!. Однак слщ вдоитити, що штеграль-на оптика е найвимоглившою з ус!х видш шформащйних технолопй до технолопчного забезпечення (достатньо в!дг»пткти, що шершавосп

о

бокових стжок канальних хвилевод1в бшылих чим 500 А значно збшь-шують оптичш втрати ¿з-за розаювання полт мод). Це приводить до ¡нтенсивних пошушв нових ф1зичних та технолопчних пршщишв побу-дови елементного базису штегральноУ оптики. Виходячи з структури побудови та принцишв функцдавання елеменпв штегральноУ оптики можна стверджувати, що вивчення ф1зичних мехашзм1в та практичних можливостей лазерноГ модкфжацп рефракцп оптичних матер1алш е дуже актуальною проблемою. Це насамперед обумовлено безперечни-ми перевагами лазерноГ технологи, найважливпшши з яких, насамперед для ¿нтегральноГ оптики, е так!: висока локал1защя впливу по пло-щиш шдкладки, вщиосна простота керування впливом по глибиш, можлив1сть безпосереднього контролю параметр»! лазерного променя та якосл його впливу. Тому дослщження щсУ проблеми е актуальними як з точки зору вивчення фГзичних процеав, так 1 Ух практичного засто-сування, що 1 передумовило постановку основноТ мети та конкретних напрямюв дослщжень в нашш роботк

До 1980-1985 р. в основному була виршена перша проблема ¡н-тегральноУ оптики-створення планарних хвилеводГв та матер1ащв, при-датних для IX виготовлення [2*]. Але при цьому р!зш елементи вигото-влялись на р1зних (в основному, на арсенщ гал1я та нюбат1 лтя) мате-рГалах з використанням р1зних, взаемно несумюних технолопй. При цьому було установлено, що найбшьший штерес для штегральноУ оп-

тики представляють нашвпровщники, так як тшьки на них можна ви-готовляти вй активш та пасивш елементи штегральноУ оптики, в тому чисти монолггш ¡нтегрально-опти чш схеми.

Друга проблема ¡нтегральноУ оптики - створення монолтшх штегрально-оптичних схем, виготовлених на единш шдкладщ, на час виконання наших робп- не була виршена.

Метою даноТ роботи було виявлення та дослщження мехашзм1в незворотшх та зворотшх модифжацш рефракцй нашвпровщниюв типу АШВУ та АПВУ1, придатних для формування мкроструктур штеграль-но1 оптики, а також в дослщженш характеру розповсюдження свггла в модифшованш (град1ентнш) облает! як в процеа модифжаци, так 1 гпс-ля не!, кош розповсюдження свггла визначаеться залишковим градоен-том показника заломлення.

Особлива мета цих дослщжень була така:

1. Дослщження мехашзм1в впливу слабоштенсивного 1 потужного лазерного випромнповання на незворотш та зворотш змши рефракцй нашвпровщштв типу AI!IBV та АПВУ1.

2. Виявлення та дослщження нових ф1зичних ефекпв в нашвпро-вщниках типу AIIBVI шеля модифшацй 1х рефракцй.

3. Дослщження оптичних властивостей мшроструктур та моно-лпних штегрально-оптичних схем, виготовлених на нашвпровщнико-вих пщкладках з використанням нових мехашзкпв модифжаци.

4. Виявлення та дослщження нових ефекпв самовпливу в нелшш-них середовищах.

Наукова новизна роботи. Результата дисертацшних дослщжень дозволяють сформулювати новий науковий напрям - локальна змша градаенпв рефракцй нашвпровщникових пщкладок до наперед заданих величин.

1. Вщкрита та дослщжена незворотна пгантська модифжащя (НГМ) рефракцй нашвпровщниюв типу АШВУ 1 АПВУ1; показано, що при НГМ вщбуваються духсе велию незворотш змши ¡х рефракцй (нап-риклад, при модифжаци рефракцй монокристалу Сс18 дшена частина його показника заломлення зменьшуеться на довжиш хвши 0,6328 мкм вщ 2,48 до 1,7); показано, що при НГМ склад нашвпровцщиыв в при-поверхневому шар! товщиною 1,2 мкм суттсво змшюсгься. В цьому ша-р1 по глубшн умовно можна видшити три области: область з пщвище-ним вм^стом металу (наприклад, в СёБ на поверхш шару кадмио в 1,6 раз бшьше, шж с1рки), область з шдвищеним вм1стом металощу 1 область, в якш вщношення вм1сту металу до вм1сту металощу з збшыиен-ням глибини поступово наближуеться до стехюметричного значения.

2. Вщкрито та дослвджено нове оптичне явище - здатшсть моно-кристалу СбБ, теля модифжакцп його рефракцп, модулювати свпло з обласп його прозоросп, свгглом ¡з обласп його власного поглинання.

3. Дослщжено динамжу виникнення в нашвпровщниках типу дшду ; дпдУ! пер1'одичних структур, сгворюваних з допомогою НГМ 1х рефракцп; показано, що виникакга перюдичш сгруктури безрельеф-ш1 дифрагують св1тло ¡з-за пepioдичниx змш показника заломлення.

4. Зареестроваш св1тлошдуковаш гратки в генеруючих пластин-чатих мжролазерах; показано, що руйнування (деградация) мжролазе-р1в починаютъся в мкцях розмщення свплошдукованих граток; показано, що в деяких зразках е "бюграф1чнГ гратки.

5. Показано, що пластинчат! мжролазери генерують ¡мпульси з тривал1спо 170-730 пс при однофотоннш накачщ1х ¡мпульсами евши з тривал1стю 15 не. Показано, що в плоскопаралельних пластинчатих монокристалах виникають додатков! лшн генерацп, яю розташоваш з короткохвильово! сторони в1д основно! облает! генераци. Теоретично та експериментально встановлено, що форма (довжина та кут клино-видносп) клиновидного пластинчатого монокристалу впливае на його пор!г лазер но! генераци. Вперше экспериментально показано, що ла-зерне випромшювання, яке виходить з пластинчатого мжролазеру, за-повнгое всю апертуру торця резонатора ¡, теля виходу з нього, розпов-сюджуеться у вигляд: двох плоских хвиль.

6. Експериментально вщкрито та дослщжено нове нелшшно-оп-тичне явище - самовикривлення пучков евгтла з несиметричним проф1-лем штенсивносп. Експериментально було зареестровано нелшшне збшьшення показника заломлення моиокристал^в CdS та ИаС! пщ щею випромшювання пгантських ¡мпульйв рубшового лазера вщповцшо на 2-10-3 та 1,2-10-4; при цьому було також зареестровано в них вщповщно змщення екситонних лшш в довгохвильову сторону на 60 см*1 \ виникнення центр1в забарвлення.

7. Експериментально показана можлив!сть створення на баз1 НГМ елементно! бази штегрально'1 оптики (канальних хвилевод1в, нап-равлених в]дгалужувач1в, рупор1в уводу/виводу випромшювання в хви-леводи, фазових дифракшйних граток, локальних хвилеводних фото-приймач1в, контактних оьпчних площадок та ¡нше, а також монолтшх штегрально-оптичних схем).

Практична щнтсть поботи полягае в наступному:

1. Встановлено та дослщжено нове явище - незворотну пгантсъку модифисацда рефракцп натвпровщншав типу АШВУ та АПВУ1.

2. Розроблено ушверсальний технолопчний метод виготовлення практично вйх елеменпв штегральноГ оптики та монолпних штеграль-но-оптичних схем на нашвпровщниках типу АШВУ та АПВУ!.

3. Показано, що ф1зичш властивосп нашвпровщшдав типу AIПBV та АПВУ1 можна цшеспрямовано та контрольовано змшювати.

4. Показана модапшсть нелокально! (з регульованою затримкою в чаа В1Д 0 с до 1,7 с) модулями свтла ¡з областей прозоросп нашвпро-вщншав типу АШВУ та АПВУ! з допомогою свггла ¡з областей IX влас-ного поглинання (модулятори типу "свггло-свггао").

5. Встановлено та дослщжено нове нелшшно-оптичне явище -самовикривлення свпгла, яке може бути використано в свплових локаторах для самосканувань лазерних пучюв по куту з надвисокими швид-костями.

6. Показано, що пластинчат! мнсролазери генерують ткосекундш 1мпульси при IX однофотоншй накачщ наносекундними ¡мпульсами.

Р1вень реал1зацп. влровадження наукових розробок.

Отримаш результата дозволяють приступити до виготовлення пасивних елеменпв штегрально1 оптики та штегрально-оптичних схем на нашвпровщниках типу АШВУ та А1ГВУ1. Самовикривлення пучюв свггла з несиметричним профшем штенсивносп може бути використано для вим1рювання оптичних коефщенпв нелшшносп р1зних середо-вищ, а також в оптичних локаторах для просторово! модуляцп (скану-вання) свшювих пучив. Пгантське фотоввдбиття нашвпровщншив 1псля модифжакци !х рефракцн може бути використано для модуляцп шфрачервоного свпла за допомогою свггла ультрафюлетового або видимого д1апазошв.

Доспшртсть отриманнх результате базуеться на використанш сучасних методик досшджень оптичних, електричних, фотоелектрич-них характеристик об'смних та пластинчатих кр и стал ¡в натвпровщ-никтв типу АПВУ1 1 АШВУ. Використаш методики 1 прилади були авто-матизоваш, а обробка експериментальних результат!в проводилась з викорисганням персональних ЕОМ. Експеримснтальш результата ана-л1зувались на основ1 сучасних теорегичних представлень про дослщжу-ваш ефекти та явища. Враховувались похибки вим]р1в та розкид експериментальних даних. Результата, отримаш автором, пор1внювались з теоретичними ощнками та лггературними даними.

В диссртацц захищаються:

1. Докази незворотно! пгантсько! модифкацп складу та структу-ри приповерхневих областей натвпровщникш АПВУ1 1 АШВУ п-тапу, як1 вщбуваються при одночаснш дп на цi нашвпровщники трьох фак-тор1в: випромшювання ¡з обласп власного поглинання, високополяр-но1 радини та ато\пв, розчинених в рщиш, як! можуть створювати на поверхш натвпровщниюв акцепторы! центри, за рахунок витягування ¡шжвузлових атолпв катион ¿в та виникнення з них кластеров, що I с при-

чиною незворотно! пгантсько"! модифйсаци рефракцн приповерхневих областей нашвпровщншав.

2. Експериментальш докази самовщхилення (самовикривлення) пучюв свшга з несиметричним профшем штенсивносгп в нелшшному середовищг, установлен] мехашзми оптично! нелшшносп монокриста-л1в СёБ 1 ЫаС1 та явища самофокусування в них.

3. Експериментальш докази ¡снування динам1чних граток, яю за-писуються двома або дешлькома поперечними модами мпсролазеру в нелшйному монокристал! CdS, одна з яких е витжагочою модою 1 и випромшювання заповнюе всю апертуру торця резонатору (ближне поле) та формуе рефлекси штенсивносп в дальньому пол!; установлен! однозначш вщповщност1 ли ж формою резонатору пластинчатого мж-ролазеру ! його критичною довжиною та виникненням додатково! ко-роткохвильово! полоси генерацп.

4. Оптичш властивосп' структур интегрально! оптики (1х фазовий \ безрельефний характер), язи створен! з допомогою незворотно! пгант-сько! модифжацн складу приповерхневих областей нашвпровщншав типу АШВУ та АПВУ1 п-типу та пороги густин потужностей випромшю-вання, при яких спостер!галось Ух формування.

5. Методн створення слемегтв нап!впров!дниково! штегрально! оптики (канальних хвилевод!в, направлених ш'дгалужувач!в, рупор1в вводу/виводу випромшювання в канальш хвилеводи, фазових дифрак-цшних граток, локальних хвилеводних фотоприймач1в, контактних ом!чних площадок та щ.), а також монол!тних штегрально-оптичних схем на баз! ф!зичних властивостей незворотно"! пгантсько! модиф!-кацн рефракцГ! нап!впров!дник!в типу АЦВУ1 та АШВУ.

6. Експериментальш докази властивосг! модифжовано! поверхн! нашвпровщника нелокально модулювати свгао ¡з облает! його прозо-росп, св!тлом ¡з облает! його власного поглинання; нелокальна моду-лююча д!я передасться по модиф!кованому нашвпровщнику з швид-к!стю 1 см/сек; фотовщбиття модифжовано! поверхн! нап!впров!дника зростае в 100 раз в порхвнянш з фотов!дбиттям немодифжовано"! поверхн! нашвпровщника, а його величиною можна керувати з допомогою зовшшнього електричного поля.

Публ1кацГ|. Основш результата дисертац!! викладеш в 60 науко-вих роботах, що опубл!кован! в ведучих втшзняних та заруб!жних журналах, та двох патентах Укра'ши на винаходи.

Апробацш роботи. Основн! результата робота доповщались на таких м!жнародних конференц!ях: I Всесоюзний ампоз!ум по самофо-кусуванню (Н. Новгород, 1966), II, IV, V, VI Всесоюзш конференци по нелшшшй оптищ (Новосиб!рськ, 1966; Кшв, 1968; Кишин!в, 1970; М!нськ, 1972), II Всесоюзна конференция по натвпровщникових з'ед-

наннях групи AnBVI i ïx використанню (Ужгород, 1969), VII М1жнарод-на конференщя по квантовш електрошщ (Монреаль, 1972), V Всесоюзна конференщя "Физика i техшчне використання нашвпровщншав A°BVI" (Вшьнюс,1983), I Всесоюзна конференщя "1нтегральна оптика. Ф^зичш основи. Використання" (Новосиб1рськ, 1984), Всесоюзна конференщя "Функщональна оптоелектронжа в обчислювальнш техшщ та пристро! керування" (Töwici, 1986), III Всесоюзна конференщя "Ф1зика та технолопя широкозонних нашвпровщншйв" (Махачкала, 1986), Y Всесоюзна конференщя "Оптика лазер1в" (С.-Петербург, 1987), III Mi>K-народна конференщя по сучаснш оптищ (Будапешт, 1988), XIII М1жна-родна конференщя по когерентнш i нелшшнш оптищ (Мшськ, 1988), XX Всесоюзна конференщя по спектроскопа (Khïb, 1988), Y Всесоюзна конференщя "Безсеребряш та незвичайш процеси" (Суздаль, 1988), VII Всесоюзна конференщя "Взаемод1я випромшювання з речовиною" (С.Петербург, 1988), XII Всесоюзна конференщя по ф1зищ нашвпровщни-kib (Khïb, 1990), II Всесоюзна конференщя "Фотоелектричш явища в нашвпровщниках" (Ашхабад, 1991), МЬкнародна конференщя "Фото-рефрактивш матер1али, ефекти та прилади" (Khïb, 1993), М1жнародна конференщя "Голограф1я, корелящйна оптика та реестр yio4i середо-вища" (Чершвщ, 1993), V Всесоюзна конференщя "Оптика лазер1в,93" (С.-Петербург, 1993), М1жнародна конференщя "Лшшна та нелшшна интегральна оптика: Teopia розповсюдження, модели параметри" (FRG, Lindau , 1994), М1жнародна конференщя "Технолопя виготовлення наноструктур та приладав" (ФРГ, Lindau , 1994), М1жнародна конференция E-MRS-1994. (France, Strasbourg, 1994), М1жнародна конференщя "Optical Diagnostics of Materials and Devices for Opto-, Micro-,and Quant m Electronics" (Khïb, 1995), М1жнародна конференщя "Material Science and Materai Properties for Infrared Optoelectronics" (Uzhgorod, 1996).

По тем1 дисертацп опублжовано 60 po6iT. Список основиих po-6ît наведено в кшщ автореферату.

Особистий внесок автора полягае в розробщ основних ф1зичних вдей дисертацп, постанови! задач дослщжень i Bnöopi метод1в ïx BHpi-шення та в ¡нтерпритацп i узагальненш наукових результате, отрима-них автором i сшвробггниками його групи, провщшй рол1 в аналгтич-них та чисельних розрахунках.

Bei OTpHMaHi в дисертацп результата; доповщалась автором осо-бисто на наукових конференщях та семшарах.

Структура днеертацн. Дисертащя складаеться з вступу, 5 глав та висновку. 3mîct дисертацп викладено на 379 сторшках машинописного тексту та вюпочае 157 рисунмв i 4 таблищ. Список лгсератури ьнстить 262 найменувань.

ЗМ1СТ РОБОТИ.

В перцнй глав*1 стисло викладено основш методи змши рефракцп приповерхнево! обласп нашвпровщниково'! шдкладки, як1 використо-вуються (1онна ¡мплантащя, протонна бомбардировка, дифуз1я) для виготовлення оптичних хвилеводт.

Упровадження атом1в або створення дефектов в приповерхневому шар1 твердого тша шляхом П бомбардування прискореними юнами (юнна ¡мплантащя) чи протонами сьогодш використовуеться досить широко в мпсроеяектрошщ та штегральшй оптицк 1онна ¡мплантащя та бомбардування протонами дозволяють збшьшувати як дшсну, так \ уявну частини комплексного показника заломлення вщповщно шляхом замвдення атом!в в гратщ крисгашв прим1сними ¡онами з високою по-ляризащею або шляхом створення нових енергетичних р1вшв в нашв-провщнику, ям захоплзоють вшьш носи, локально збшылуючи його показник заломлення. Оскшьки теля великих доз ¡мплантаци сильно збшьшуються оптичш втрати, то для зниження 1х до прийнятних величин потр1бно проводити додатковий терм1чний вщпал (180-300° С), який усувае створеш дефекта крисгашчноГ гратки та стииулюе за.М1-щення введеними ¡онами власних юшв кристалу. При вщпал1 дося-гаеться компромк М1Ж величинами зменьшення втрат (вщ 200 дБ/см до 3 дБ/см) та приросту показника заломлення (вщ ~ 0,1 до Ю-3), достатш-ми для отримання хвилевод1в з прийнятними параметрами. Цими методами були виготовлеш хвилеводи на СлАб, С'с1Те, ОаР, HgTe и ZnTe.

Дифуз1я домшгкових атом1в широко використовуеться в техноло-пчних процесах нашвпровщниковоТ мшроелектрошки 1 досить детально вивчена. Але для виготовлення хвилевод1в на натвпровщниках цей метод мало використовувався 1, в основному, тщьки на нагнвпровщни-ках АПВ¥1. Дифузио халькогешв або метал ¡в проводили в монокриста-л1чш пщкладки напшровщшшв А1,ВУ! з послщуючим формуванням твердого розчину в 1х приповерхневш обласп, поверхня яко! ¿з зеркально? перетворювалась ¡з-за термзчного травления на матову, шо призво-дило до сильного розаювання св1тла. Метод дифузп змшював показник заломлення на поверхш хвилеводу на 0,17, а втрати - до 3 дБ/см. При виготовленш канальних хвилевод1в використовувались маски (при дифузи пл1вки оксщив БЮг або АЬОз, при ¡мплантаци - благородних метал1в Аи або Р1). При цьому втрати канальних хвилевод1в збшь-шувались в 1,5-3 рази в пор1внянш з втратами планарних хвилевод1в виготовлених аналопчними методами.

Для виготовлення елеменгпв штегрально! оптики, описаними ви-ще методами, необхщно користуватись ушкальшш, високоцшним та енергоемним обладнанням, що дуже здорожчуе штегрально-оптичну

продукций 1 робить й неконкуректноспроможною з виробами мшро-електронжи. Тому сьогодш дуже актуальними е пошуки та дослщжен-ня нових мехашзм!в незворотно! модифжаци ф!зичних власгивостей нашвпроввднимв, а також розробка на 1х основ! нових технолопчних способ1в виготовлення елеметпв штегралъно! оптики.

В друпй глав! викладеш теоретичн! та експериментальш дослщ-ження нового метода незворотно! пгантсько! модифжаци (НГМ) реф-ракци напхвпровщншав типу АШВУ та АПВУ1 при одночаснш д!1 на на-швпровщники трьох фактор!в: випром!нювання 13 обласп власного поглинання, високополярно! рщини та атом!в, розчинених в рщиш, ям можуть створювати на поверхн! нашвпровщншав акцепторн! центри. Обговорено механ!зми НГМ та збагачення приповерхнево'! облает! при цьому, а також мехашзм змши оптичних власгивостей нагавпровщни-к!в при врахуванш впливу форми та концентрацн кластер!в.

Експериментальн! зразки розм!щувались в кювет! з бщистильова-ною водою (високополярна рщина) ! опром!нювались лазерним випро-м!нюванням з мшватною густиною потужност!. Типова - динам!ка НГМ приведена на мал. 1, де крива 1 ! крива 2 вщповщно показують як залежать вщ часу опром!нення коефоденти вщбиття Я та пропускания Т приповерхнево'! обласгп монокристалу CdS на довжиш хвил! зондую-чого Не-Не-лазера.

Видно, що на початковш ст нотонно зменьшуеться, а коефь ц!ент пропускания Т майже в протифаз! повшьно збшьшуеть-ся до моменту часу 11 (Оск^), при 1= 11 вш досягае максимального значения ! полм повшьно зменьшуеться в промЬгасу часу и<К гг. 3 мал.1 також видно, що коефщент пропускания Т досягае максимального значения рашш, шж коефщ!ент вщбиття Я досягае мш1мального значения. Така законом!ршсть спос-тер^гаеться завжди ! е його характерною рисою. Експеримен-тальним шляхом було встановле-

но, що р!зниця часу (12- 10 зале- _

жить вщ питомого опору модифжуемих монокристал!в ! може досяга-ти 8-10 хвилин. В вщбитому св!тл1 на стадй п!сля проходження мшму-ма на поверхш монокристалу поступово з'являеться блискуча пл!вка з

гадп (0<1<Ь) коефщент вщбиття И. мо-

И 1Л/ = 0,5Вт(смг Т

0,15 т° 1 \ 1

0,10. 1 / \ '

0,05 I \ | I 1 \ ' 2 У 1 \! / ; «г /

. 1 !

10 20 30 40 50 ХВ.

0,98 0,94 0,90 0^6 0,82 0,78 0,74

Мал.1. Динамка НГМ реф-ракцп монокристалу СбБ. Густина потужност! опромшення 500 мВт/см2. Поверхня (0001)А.

охтоо—о-

-[ВЗОН! 0Пр0М1НС)(НЯ) -(за зоною опромшення)

40 0,0

0,2

0,4

0,8 1,0 Глибнна, мкм.

1.2

0,8 1,0 Глибнна, мкм.

характерним металевим кутБРюсщ,а,п>. блиском, а в проходя'пм св1тл1, в аналопчш момента часу на дтянщ зменьшення коефвденту пропускания Т, опромь нювана область моно-кристалу поступово на-бувае коричньового вщ-тшку. При досягненш максимального значения (момент часу и, мал.1, крива 1) коефь щент вщбиття Я (в вод!) деяких об'емних моно-кристал1в збшьшувався до величини 20%, що значно перевершуе по-чаткове значения коефь шснта вщбиття моно-кристалу СёБ у вода, яке дор1внюе

Експериментальш дослщження кутових залежностей коеф1щен-■пв вщбиття Яц (0) поверхш монокристалу Сс15 до 1 шсля його модифь кацй показали (мал.2), що при модш|лкацп кут Брюстера (0) монокристалу зменыпуеться. Так як дшсна частина показника заломлення зв'я-зана з кутом Брюстера (0) як *^(0)=п, то ясно, що при модифшаци вщ-буваеться зменьшення показника заломлення приповерхнево! обласп монокристалу. Кшьюсне значения ефективного показника заломлення в рамках модел! однорщного шару з пЭф ! товщиною 1эф можна визначи-ти по значению кута 0С, при якому перетинаються кутов! залежност! коефвденпв вщбиття Яц (0) модифковано!! немодиф!ковано! поверхш монокристалу (пэф = 1§0С).

Пошаров! зтравлювання модифжовано! поверхн! низькоомного

о

зразка та вим!ри пЭф при цьому на довжин! хвил! 6328 А показали, що ефективний показник заломлення само!' верхньо! частини приповерх-нево! облает зменьшуеться в!д значения 2.48 (до модифкацн") до значения 1,7 (шсля модифшаци). Ми вважаемо, що це е найбшыш ¡з вщо-мих нам незворотшх зм!н дшено! частини комплексного показника

Мал.2. Залежшсть кута Брюстера (а) монокристалу Сс!8 та ефективного показника заломлення (Ь) в та за областю опромпгення в залежносп вщ товщини знятого шару._

заломлення оптичних середовищ. На основ1 цього ми називаемо щ змши показника заломлення пгантськими. Дослщження рефракцп модифшованих моиокристал1в шшими незалежними методами (експе-риментальними та теоретичними) повшстю гадтверджують приведен! вище результата.

Наш! експериментальш дослщження показали, що по характеру змш коефадатв вщбиття нашвпровщниив типу АШВУ та АПВ¥1 при '¿х модифисаци можна видшити три типа цих змш, як1 визначаються гус-тиною потужносп модифжуючого лазерного випромшювання.

Для 1-го, 2-го та 3-го тишв вони вщповщно складають: для СсК -30, 200, 500 мВт/см2, для СаАз -70, 230, 300 мВт/см2, для СсГГе -300, 400, 600 мВт/см2.

Теорегичш дослщження наших експериментальних результат показали, що вс1 три типа змш коефщенпв вщбиття натвпровщнимв при IX модифшаци можна пояснити в рамках модел1 елшсощальних кластер1в, занурених в однорщне середовище нашвпровщника, форма яких при модифнсацп рефракцп поступово змшюеться так, як це показано на мал.З. Видно, що в обласп першого та другого мш1мум1в коефщенту вщбиття геометричний фактор кластер1в Ь\ мае вщповщно значения 0,36669 та 0,2367. Спочатку, при значент геомегричного фактору 1л =0,36669, в приповерхневш обласп нашвпровщника створюються кластери у виг-

ляд! сильно витягнутих ("голки") сферо'ццв, велика полувкь яких ор1снтована перпендикулярно до повер-хш монокристалу, а поим, при значешп геометричного фактору 1л=0,2367, створюються кластери у вигляд1 сильно сплюснутих ("диски") сферо'ццв, велика полувюь яких ор1ентована паралельно поверхш монокристалу. Тобто з експериментальних результата слщуе, що спочатку створюються кластери в виг-ляд! "голок", форми яких поступово, по м1р1 пщходу нових м1Жвузло-вих атом1в метану до приповерхнево! обласп, змппоються вщ "голок" до шар1в та дал1 до "дисюв".

0.38 -0,35

—ч

^ 0,34 \

0.32 \

0,30 1 \

0,28 | \

0,26 1 \

0,24 0 ! —\

0.22 и А

0.20 0.18

1000 2000 3000 4000 5000

Час, сек.

Мал.З. Залежшсть геометричного фак-

тору кластер!в ям виникають при

пгантськш модифжацй рефракцп моно-

кристал1в CdS, вщ часу модифшацн.

Досшдження х1м1чного складу модифшовано! облает! монокрис-талу (Оже-електронна спектроскошя та електронний лйкрозонд) показали, що в нш дуже сильно збшыпено вм1ст металу (наприклад, б ¡ля поверхш СёБ теля модифша-шГ його рефракци вм1ст Сё в 1,6 рази (мал.4) переви-щуе сгехюметричне значения; це значно переви-щус межу розчинносп Сс! в СёБ \ тому тут повинш бути видшення кластер!в Сё). Присутшсть кластер1в в модифжованих припо-верхневих шарах нагавпро-вщнигав типу АШВУ та АПВУ1 було шдтверджено нашими дослщженнями з допомогою електронного (СаАэ) та оптичного (СёБ) мпсроскошв.

Пщсумовуючи в а наци теоретичш та експери-ментальш дослщження мо-жна дати слщугоче визна-чення явища НГМ рефракцн нашвпровщншав типу АШВУ та АПВУ1.

НГМ - це складний процес, який вщбуваеться в нашвпровщниках т1льки при одночаснш дп на нього випромшювання ¡з облает! власного поглинання, високополярно! рщини та атом ¡в, розчинених в рщшп, як1 можуть сгворювати на поверхш натвпровщниюв акцептора! центри. При цьому вщбуваегься зарядка поверхш монокрисгалу, перемицення донор1в до поверхн! полем приповерхневого вигину зон, розщеплення в приповерхневш облает! нашвпровщника донорних р!вшв флюктую-чим полем високополярно"! рщини, нейтрагизащя донор!в, об'еднання м!жвузлових нейтральних атом!в металу в кластери та змша IX форми.

П!сля модифшацн рефракцп нап!впров!дник отримуе нов! ф!зичш властивост!, якл вш не мав до модифжаци. Напршшад, модиф!кований нашвпровщник СёБ набувае властив!сть пгантського фотовщбиття (ГФ), тобто властив!сть зворотньо змшювати коефвдент вщбиття на довжин! хвил! /и (з облает! прозоростп) тд д!ею св!тла шшо! довжини хвшп А,2 (з облает! власного поглинання). Якщо пучок пщевтеи (Хг) !

Мал.4. Залежн!сть нормованого вщношен-ня Оже-пшв кадм!ю до Оже-п!к!в арки модифшовано! приповерхнево! облает! вщ глибини (вщ часу зтравлення юнами аргону). Нормування проведено на аналопчне вщношення Оже-п!к!в в неопром!нюван!й обласгл кристалу С(18.__

зондуючий пучок (А.|) не перекриваготься та рознесеш на деяку вщстань /, то час затримки модуляцн зондуючого пучка зростае лшшно з збшь-шенням вщсташ I. В наших експериментах максимальне значенння / було р]вним 17 мм, а час затримки зростав до 1700 мсек. Амплпудою ГФ можна керувати зовшшшм електричним полем.

Третя глава присвячена теоретичним, експериментальним та технолопчним дослщженням елемеипв 1 монолггних штегрально-оптичних схем на нашвпровщниках АИВУ1 (Сс13, CdSe, Сс1Те), у т1м чисти дифузшних СёЗБе-хвилеводах.

Теоретично дослщжено вплив процесу д1фузп на розподш св1тло-вих пол1в мод в ХпБьхЗех-1 СбБьхБех -хвилеводах та показано, що ефек-тивна ширина мод (особливо нульового порядку) залежить перш за все вщ концентрацп селену в ампул1 при проведенш процесу вщпалу 1 знач-но слабше - вщ тривалосп дифузп та температури вщпалу. Це дозволяе при вщомому хоча б одному технолопчному параметр! (температура вщпалу чи тривал1сть дифузп) по ефективнш смуз1 свила, яке вихо-дить з збудженого хвилеводу, приблизно вирахувати кшьысть мод ма-ломодового хвилеводу.

Теоретично дослщжено залежшсть ефективно! ширини мод низь-кого порядку при поступовому пошаровому знятп верхньо! частини багатомодового дифузшного хвилеводу \ показано, що вона (ефектив-на ширина мода) при наближенш залишку товщини хвилеводу до критичного значения рпко збшьшуегься. Це явище було нами використа-но для точного визначення кшькосп мод в залишку товщини хвилеводу 1 покладено в основу методики виготовлення маломодових (2-3) або одномодових хвилеводов з низьким (3 дБ/см) затуханиям.

Проведено експериментальш дослщження канальних хвилевод!в та рупор!в уводу/виводу випромшення в хвилеводи, виготовлених на нашвпровщниках АШВУ1АПВУ1 з допомогою явища НГМ.

Теоретично та експериментально дослщжено динамку виникнен-ня в нашвпровщниках типу АШВУ 1 АПВУ! перюдичних структур, ство-рюваних з допомогою НГМ 1х рефракцп. Показано, що виникакга пе-рюдичш структури безрельефш та дифрагують свкло ¡з-за перюдичних змш показника заломлення приповерхнево"1 обласп гадкладинок. На основ! виконаних дослщжень розроблено орипнальний метод виготовлення малошумлячих дифракцшних граток (з перюдами вщ от 0,3 мкм до 10 мкм) на нашвпровщниках типу АШВ¥ та АПВУ1 (на основ1 явища НГМ).

На основ1 виконаних в глав13 дослщжень розроблена комплексна оригшальна методика виготовлення монол!тних штегрально-оптичних схем (МЮС) та показан! переваги МЮС, виготовлених з допомогою явища НГМ.

Приведемо основш параметри монолггних штегрально-оптичних приймальних схем, виготовлених нами з допомогою явища НГМ:

1). Основа канального хвилеводу - планарний дифузшний СёБЗе-хвиле-вод на пщкладщ ¡з CdS.

2). Канальний хвилевод ор1ентовано шд кутом 90° до опгично! мо-нокристалу.

3). Робоча поверхня монокристалу - поверхня и 2 о .

4). Складов! елементи приймалыюго пристрою:

- ввщний рупор,

- дифракщйна гратка уводу/виводу випромшювання,

- канальний хвилевод,

- хвилеводний фотоприймач.

5). Розмщення дифракцшно! гратки - дифракщйна гратка записана на ввцщому рупорг

6). Дифракщйна ефектившсть гратки - 5+10%.

7). Тип фотоприймача - фоторезистор.

8). Матер1ал електричних контакта - ¡п-ва.

9). Оптичш параметри приймального пристрою:

- робоча довжина хвшп, мкм - 0,6328,

- кут уводу випромшювання в гратку, град. - 30° н-40°,

- пер!од дифракцшно! гратки, мкм - 0,33.

10). Геометричш параметри приймального пристрою:

- довжина канального хвилеводу, мкм - 800ч-ИЗО,

- ширина канального хвилеводу, мкм - 30*40,

- площа контактних площадок, мкм - 4,5x102.

11). Електричш параметри приймального пристрою:

- робоча напруга, В - 5,

- вщношення темнового опору фотоприймача до свштового - 10 2103.

В четвертш глав» ьикладеш дат про теоретичш та експеримен-тальш дослщження хвилеводних мшролазер1в видимого даапазона на пластинчатих монокристалах натвпровщшшв АПВУ1. Экспериментально было показано, що пластинчат! монокристали являють собою регулярш та нерегулярш оптичш хвилеводи 1 це, природно, потр1бно враховувати при дослщженш розповсюдження евши в них. Б^чш граш пластинчатих монокристал1в - це площини росту, торцев1 - площини сколу Тх по площинам спайносп, тобто б1чш та торцев1 граш мають щеальш оптичш поверх}«. Тому пластинчатий монокристал (вщр1зок хвилевода довжиною Ь) е високодобротний оптичний резонатор для хвилеводного мжролазера. Нами був виконаний теоретичний анал13 залежносп коефщенпв повних втрат мод ввд геометричних (тов-

щина та довжина резонатора) та оптичних (показник заломлення, ефективний показник заломлення, номер мода, довжина хвшн, поляри-зац1я) параметр1в япастинчатих монокристашв. Було показано, що

С%Д.=(ХА№+С1ал, де аА№ i aDNx- вщповщно коефвденти абсорбцшних та дифракцшних втрат мод. Для знаходження коефвденту дифракцш-них втрат m-i' моди, який дорГвшое

1 W 1 ч

aD!«.=7lnfc—), (1)

поле моди розкладувалось усередиш (область 1) та зовш (обласп 2 и 3) монокристалу на плот хвил1, виконуючи перетворення Фур'е [3*], i визначався вклад кожно'У i3 областей в коефвдент вщбиття моди , який описуеться виразом:

р

Р _ K-NX /лч

KNi"p—, (2)

£NX

Де = (Pi№. + ?2nx +Рзкх) - потужшсть m-i' моди, падаючоГ на то-рець, P1N? i P3N;_ = P2N; - потужност! m-i' моди, ям падають на торець вщповщно в областях 1, 2 та 3, PRNX = (Prn?. + Pr^ + P^u) - потужшсть ш-i моди вщбитоГ вщ всього торця, Prnx = [гх!)]2Ршх- потужшсть m-i МОДИ ВщбиТ01 вщ торця в обласп 1, -Prnx = [г"' ]2 P2NX - потужшсть m-i моди вщбито'1 вщ торця вщповщно в обласп 2 i 3, rik) - амгап-тудний коефвдснт вщбиття m-i моди в областях 1,2 i 3, який дор!внюе

Х jF-du (3)

и

Тут - френел1вський коефщент вщбиття плоско"! хвшн, , F® -амшп-

тудний спектр плоских хвиль, на як! розкладаеться поле m-i моди в областях I, 2i 3(k= 1,2,3).

Величина абсорбцшних втрат описуеться виразом [4*]:

«,.». = К, ГК)> (4)

У

де Гнх - коефщент локал1зацп, який е вщношенням потужносп випро-мшювання в обласп 1 резонатора Ршх до величини повно! потужносп Pinx [5*], Kj. i m-вщповщно коефщент поглинання та показник заломлення CdS на довжиш хвшп Я, у = ß/k - ефективний показник залом-

лення хвилевода, р - повздовжна постшна розповсюдження, к = 2л / А. -хвильове число, ш = 1,2,3...- порядок моди. Для симегричного хвиле-водного резонатора в повпри для ТЕ-мод маемо:

г —

1 «1 —

И +

п(п?-1)

Ъ +

(5)

п-^у 2 — 1

1з (1) 1 (4) видно, що для знаходження аОЫ)1 1 а^ на деякш довжиш хвшп X необхщно розраховувати значения Р^Чг^для кожно!" моди окремо. На мал.5 приведено спектр повних втрат резонатора хвиле-водного мжролазера на пластинчатому монокристаш CdS.

Мал.5. Спектральна за-лежшсть повних втрат мжролазера для ТМ-мод вищих поря дю в (до 98-1 моди включно) при слщуючих параметрах: тов-щина та довжина резонатора 11=9,95 мкм, Ь = 1 см вщповщ-но(на вставщ провал для 94-1 моди). _

Видно, що на деяких довжинах хвиль ¡снують глибокч провали, де втрати мод значно меньпп урбаховських. Це чинить сильний вплив на спектр генерацн м1кролазера на пластинчатих монокристалах, пород-жуючи появу короткохвильових смуг генерацп. При збьчьшенш куга клиновидносп глибина провал!в на спектр] повних втрат зменыпуеть-ся. Кут клиновидносп при якому зникають провали ми прийняли за критерш подшу пластинчатих монокристалл в на плоскопаралельш та клиновидш. Нами здшснено теоретичний анагпз впливу форми клино-видних монокрнспипв на процес лазерноГ генерацп в них 1 показано, що кшыасть поперечних мод, на яких виникае генеращя, залежить вщ його форми (при кожному куп клиновидносп ¡снуе критична довжина монокристалу, при яюй ще можлива лазерна генеращя).

Вперше зареестроваш динам1чш гратки в генеруючих пластинчатих мшролазерах, яш записуються двома або декшькома поперечними модами мжролазсру в нелшпшому монокристал! CdS, одна з яких е ви-ткаючою модою 1 и вштромнновання заповнюе всю апертуру торця резонатору (ближне поле) та формуе рефлекси штенсивносп в дальньому

noni. Теоретично показано, що енерпя, яка переноситься в "хвостах" поперечних мод, виходить з резонатору в областях ребер торщв моно-кристалу i дифрагуе зразу ж за площиною торщв в кути к paflian, але основна ix енерпя зосереджена в невеликому куп (~14°). Величина цьо-го кута залежить вщ номера поперечних мод i isiii там меньший, чим бшьший номер мод.

Показано, що руйнування (деградащя) мжролазера починасгься в мюцях розмщення "штрих1в" свтюшдукованих граток.

Экспериментально дослщжена динамша генерацн хвилеводних м1кролазср!в на пластинчатих монокристалах i вперше показано, що вони генерують ¡мпульси з тривашспо 0,170-0,730 не при накачщ ix ¿мпульсами св1тла з тривашетю 15 не.

В п'ят!й глав1 приведен! дослщження Hciiiuiiiiuix властивостей та нелшшних хвилевод1в в монокристалах CdS. Спочатку загальш зако-HOMipHOcri нелшшних npoueciB нами були вивчеш на зразках модель-них об'екпв (кристали NaCl), з достатшми для дього розкирами (10-15 см), i лише теля цього ми отримали змогу проводити дослщження нелшшних npoueciB (в першу чергу ефектлв самовпливу) в натвпровщни-кових зразках невеликих розмф^в (0,2-1 см). Тому спочатку ми приведе-мо наил дослщження нелшшних npoueciB в модельному кристалл а по-■пм - в нашвпровщниковому Kpucrani CdS.

В експериментах з модельним кристалом ми скористались тим, що потужний лазерний пучок створюе в ньому дуже маленыи точков1 руйнування, ям високоякюю вщображуготь форму пройшовшого Kpi3b нього пучка (в кристал! залишаеться об'емна фотогрф1я пучка).

При дослщженш характеру поширення пучка в модельному крис-тал1 з несиметричним профшем штенсивносп нами вперше експеримен-тально спостеркалось нове нелтшо-оптичне явище - самовикривлення евггла, яке трохи ранше було передбачено теоретично Капланом O.E. [6*]. В робот1 [6*] було показано, що в нелшшному середовииц, показ-ник заломлення якого залежить вщ свшювого поля Е як п=по+пгЕ2, пучок евпла з асиметричним профшем штенсивносп самовикривляеться, а рад!ус кривизни траекторп самовикривлення R сферично! хвшп до-2 .

pißHioe ^-с = — . Тут fc = - | - довжина "нелшшно! фо-

iö +ф) 2 у rijoEj,

кусно'1 вщеташ", а - поперечний розм1р пучка (a«R), 5Е„-квадратична компонента св1тлового поля, ф -кут вщхилення пучка вщ початкового напрямку. Приведен! шркування справедлив! в наближенш геометрич-но! оптики. Ямсне врахування дифракци приводить до змши амплпуд-ного профшю пучка, а це, в свою чергу, веде до того, що рад1ус кри-

визни збшьшуеться до тих nip поки траектор1я пучка не перетвориться в пряму лшио. Якщо вважати, що пучок позбувасться свого почат-кового амгоитудного профшю на дифракщйнш 2 71

Д0ВЖИН1

L

п 0а

L

то максимальнии

кут вщхиленпя пучка доршнюе 2 па

Т

п2АЕ =

16тгп2Р

Х.0п0са

(6)

Експериментальне дослщження самовик-ривлення шдфокусованого пучка рубшового лазера (модульована добротность, середня шко-ва потужшсть 50-80 Мвт) з несиметричним (b) i симетричним (а) профшями штенсивносп вико-naHi в монокристал1 NaCl (мал.6,а,Ь). Максимальнии кут вщхиленпя пучка фш досягав 6°.

В формул! (6) Р - повна потужшсть пучка, який мае град1ент штенсивносп, а - д1аметр пучка в обласп викривлення, hi i с - довжина хвил] та швидкчсть св1тла в вакуум1 в1дповшно. ЯКЩО ПрИЙНЯТИ, В ВЩЛОВЩНОСП 3 ДОСЛ1ДОМ,

P=5-10w эрг/сек i а=0,01-0,03 см (гранищ змш в обласп викривлення), то отримаемо П2=(0,7-2)1013 од. CGSE; при цьому абсолютна змша показника заломлення (Дп=пг-Е2) вщповщно дор1внюе 0,7-10"1317,3-108=12-10"5 або 2-Ю-13 -1,92 108=3,8-Ю-5, тобто Ап=(4-12)- Ю-5.

Викривлення пучка в напрялп поперечного rpaflieHTa його штенсивност! свщчить про позитивну змшу показника заломлення криста-лу NaCl пщ д1ею свгаового поля. Значения коефвденту пг в монокристаш NaCl та його знак були вперше визначеш нами. Позитивний знак пг гпдтверджусться i явищем самофокусу-вання лазерних пучюв з симетричним профшем штенсивносп (довжина нелшшних хвилевод1в в наших експериментах досягала величини 16-17 мм). Hauii детальш дослщ-

Мал.6. Самовикривлення пучка свггла при несиметричному (b) i симетричному (а) разподшу штенсивносп в його nepepi3y.

ження мехашзму нешншносп монокристалу N'¿01 вперше показали, що пщ д1ею випромшювання рубинового лазера в ньому виникають центри забарвлення, як! 1 вщповщалын за його нелшшшсть. Дослщження спектру поглинання монокристалу ЫаС1 в момент дп на нього лазерного випромшювання подтвердили не тшьки яюсно, але й кшьюсно величину та знак нетншно! змши показника заломлення, визначених незалеж-но по самовикривленню лазерного пучка.

Дослщження нелшшних власгивосгей монокристалу CdS показали, що з ростом штенсивносп ¡мпульсу свгаа в час! нелшшна добавка до показника заломлення монокристалу СсШ з довгохвильовоГ сторони вщ його краю поглинання спочатку зросгае (1-й етап), а пот!м - змень-шусться (2-й етап). Експериментально було показано, що на 1-у еташ при густинах потужносп до 80-100 Мвт/см2 одночасно з збшьшенням показника заломлення (на довжиш хеши рубинового лазера показник заломлення змшюеться в третьому знащ) (мал.7), сиостеркаеться 1 дов-гохвильове змвдения екситон-них лшш на 60 см-'. Детальний теоретичний анализ цих експе-риментальних даних Генкшим В.М.[7*] показав, що за змшу дисперсп кристалу СёБ (при густинах потужносп до 80-100 Мвт/см2) вшовщэе нелшшна поляризуемость екситошв пщ даею лазерного випромшювання.

Двома незалежними екс-периментальними методами нами було показано, що на 2-у еташ при густинах потужносп вище 110-150 Мвт/см2 почи-насться просвгглення кристалш ¡Мал.7. Змша дисперсп монокрис-СёБ в областях зонно-зонних 1 талу СсШ пщ даею випромшювання екситонних переходов. Ввд'емна рубшового лазе-ра. 1 - експеримен-добавка до показника залом- тальна! 2 - теоретична [7*] кривь

лення, що виникае при цьому -—-

просвггленн], спочатгку сповшьнюе р1ст показника заломлення, а по-пм (в кшщ 1-го етапу) повшстю компенсуе позитивну добавку до показника заломлення 1 при дальшому росл штенсивносп поступово змен-шуе його. Це призводить до насичення нелшшносп монокристалу Сс15.

Експериментально вим^ряш та розраховаш (по зм1щенню екситонних смуг) збшьшення показника заломлення кристалу Сс18 на дов-

жиш хвшп 0,6943 мкм настшьки значш (досягають величини 2-Ю 3), що IX цшком достатньо для виникнення ефеючв самовплив!в свггла. Дос-лщження еволюца дааметра пучка рубшового лазера при збшьшенш його штенсивносп на вход! в монокристал СёБ показали, що при по-тужносп 300 кВт (~150 МВт/см2 в лшшному фокуа лшзи з фокусною вщстанню 13 см) виникае його самофокуаровка. Пучок св1тла (пщфо-кусований в зразок лшзого з фокусною вщстанню 13 см), з початково гаусовим розподшом штенсивносп на вход1 в кристал, перетворюсться при появ1 ефекпв самовпливу в пучок з неоднорщним розподшом ш-тенсивностг. в центр! пучка з'являеться пляма даметром 7 мкм, а нав-коло не! кшьцеподШна структура (чергування свгглих 1 темних кшець правильно! форми) (мал.8.). Д1аметри кшець та !х кшьюсть повшыю збшьшуються при зростанш потужносп пучка на вход1 в кристал. При цьому нам не вдалося експериментально зарееструвати (з роздшьною здатшстю 0,008 см-1) н1 змушеного комбшащйного, ш Мандельштам-Бршлгоеновського разсиовання св!тяа. Розподш щтенсивност! св1тла на виход113 кристалу с таким же, як розподш штенсивносп свггла на вихо-да з багатомодових хвилевод1в з град1ентним профшем показника за-ломлення виду [8*]:

п2(х) = 2Д(—)2] (7)

а

де х - напрям, перпендикулярннй до вю хвилевода (на в1с1 х=0), П1 -

значения показника заломлення на вю хвилевода, 2А =

п(а) — п2- показник заломлення Сс1Б (оболонка хвилевода), т>П2.

В йггегральшй оп-тищ [8*] показано, що профшь показника заломлення виду (7) однозначно пов'язаний з розподшом свшювого поля мод в хвилеводь Тому можна стверджувати, що розподш штенсивносп свггла на виход1 ¡з мо-нокристалу Сё8(мал.8) однозначно свщчить про те, що вш сформо-ваний хвилеводом з профшем показника

Мал.8. Еволющя поперечного перер1зу пучка рубшового лазера в монокристал! СёБ при збшьшенш його штенсивносп Р на вход! в монокристал (2 мм за фокусом лтж). А - Р= 35 кВт, В - Р=140 кВт, С - Р=300 кВт, Ъ - Р=570 кВт, Е - Р=800 кВт.

заломлення виду (7).

Розповсюдження пучив свила в нeлiнiйнiм середовииц з насичен-ням було теоретично дослщжено В.Г.Кукушкшим [9*] та авторами [10*]. Вони показали, що коли штенсившсть пучка перевищуе деяке критичне значения (яке залежить вщ д1аметру пучка 1 мзри його почат-кового фокусування), то в залежносп вщ його штенсивносп реал^зуеть-ся або стшкий хвилеводний режим розповсюдження св!тла при якому диаметр пучка не змшюеться при розповсюдженн1 в нелшшшм середо-вищ1 (при з\аш координата г), або хвилеводний режим при якому його дааметр осцшпое м1ж значениями (1гшп { ётах (так зваш осцилююч{ хвиле-води [10*]) 1 пучок не мае при дьому дифракщйного розширення. Необ-хцщо вщмлити, що час релаксацй нелшшносп монокристалу CdS на стадо росту (коли проявляется тшьки нелшшна поляризуем1сть екси-тошв) показника заломлення мало в1др!зняеться вщ часу релаксацй резонансного середовища [9*], а на стадн насичення нелшшносп, коли виникае просвшгення кристалу, його час релаксацй нелшшносп стае значно бшыпим, шж аналопчний час резонансного середовища. Така вщмшшсть в часах релаксаций нелшшного середовища з насиченням не враховувалась в роботт [9*]. Ми вважаемо, що при великих штен-сивносгях св!тла (коли виникае просвплення кристалу) це повинно привести до появи ефекту запам'ятовування значения змш показника заломлення в поперщш осциляцй' 1, як наслщок цього, до зменьшення глибини осцилящй. Ясно, що область кристалу з збшьшеним (свгтло-наведеним) показником заломлення в цьому випадку буде визначатись найбшьшим значениям д1аметру пучка, до якого повинен розширюва-тись пучок в вщповщносп з результатами роботи [9*]. Очевидно, що пучок при насиченш та шерщйноста нелшшносп буде розповсюджува-тись в свпглонаведеному в кристал1 хвилевод1 у вщповщносп з законами штсгрально! оптики, тобто в свшюнаведеному (нелшшному) хвиле-вод! розподш свггаового поля буде визначатись профшем показника заломлення (Ь-за конструктивно!штерференцп в хвилевод! будуть роз-повсюджуватись тшьки хвшн з дискретними значениями постшно1 розповсюдження). 1ншими словами, в нелшшшм хвилевод1 виникнуть мо-ди нульового, першого, другого 1 т.д. порядюв. Чим бшьша штенсившсть св!тла, там вище порядок виникаючих мод 1 тим бшьша 1х кшь-ьасть. В цьому випадку нульова мода на виход1 з кристалу СёБ буде мати найменьший розм1р 1 приблизно гаусовський розподш (з максимумом на вга пучка) штенсивносп, а моди вищих порядков - кшьцепо-Д1бну структуру (чергування свгглих 1 темних кругових смуг), радауси яких визначаються величиною градаента показника заломлення.

ОСНОВШ РЕЗУЛЬТАТИ ТА ВИСНОВКИ

1. Вперше показано, що при одночасшй ди на натвпровщников1 монокристали АШВУ1 АПВУ1 п-типу випромшговання 13 обласп власно-го поглинання, високополярно'Г родини та атом1в, розчинених в радиш, як! можуть створювати на поверхш натвпровщнигав акцепторы цент-ри, вщбувасгься незворотна пгантська модифжащя Тх рефракцп. Показано, що при вщсутносп хоча б одного ¡з вказаних факторов (рщлни, акцепторних атом1в в шй або випромшговання) НГМ не вГдбувасться. Виявлено мехашзм НГМ - утворення кластер ¡в ¡з ыижвузлових атом1в металу та змша Гх форми (вод витягнугих до сшпоснутих сферошв).

2. Вперше показано, що шсля НГМ поверхня нашвпроводникових монокристалш АШВУ \ АПВУ1 набувае властив1сть нелокально модулю-вати свггло з обласп прозоросп свштом з обласп власного поглинання монокристал1в(явище пгантського фотоводбиття). Показано, що нелокальна модулююча д1я передаеться по модифшованому монокристалу з швидыстго 1 см/сек на вщстань не меньше 17 мм. При цьому величини звopoтнix змш коефвдентГв вщбиття та пропускания по менышй м!р1 на два порядки бшыш, шж при звичайному фотовщбитть

3. Доказано, що сгруктури штегральноГ оптики, як\ створюються з допомогою незворотно! пгантськоГ модиф1каш'Г складу приповерхне-вих областей натвпровщниюв типу АП1ВУ та АПВУ1 п-типу е фазов1 1 безрельсфш.

4. На основ! проведених дослоджень розроблена комплексна методика, яка дозволяе виготовляти як окрем] мкроструктури натвпро-вщниковоТ штегральноГ оптики (рупори та дифракшйш гратки уво-ду/виводу випромшювания, каналып хвилеводи, направлен! вщгалу-жувачГ, хвилеводн! фотоприймач)), так 1 моноттт ¡нтегрально-оптичш схеми.

5. Установлено природу впливу форми пластинчатих монокрис-тал1в на процес лазерно'Г генераци в них, а саме - виникнення додатко-воГ короткохвильовоГ смуги генераци га ¡снування критичней довжини резонатора мкролазера вщповщно в плоскопаралельних Г клиновид-них монокристалах.

6. Зареесгровано динам] чш гратки в резонаторах мкролазер1в на пластинчатих монокристалах, яю записуються в ньому двома або декшькома поперечиими модами, одна з яких е витшаючою модою 1 й випромГнювання заповнюе всю апертуру торця резонатору (ближне поле) та формуе рефлекси штенсивносп в дальньому пол1.

7. Вперше установлено, що в нелншшому середовшш пучки св1Т-ла з несиметричним профшем ¡нтенсивносп самовщхиляються.

Установлено, що за оптичну нелппйность монокристалу №С1

вшовщальш центри забарвлення, як1 виникають в ньому пщ д!ею лазерного випромшювання, та визначено його коефвдент нелшшносп.

8. Експериментально показано, що нелшшшсть монокристалу CdS при густинах потужносп випромшювання py6iHoeoro лазеру бшь-ших 100 Мвт/см2 мае насичення. Експериментально зареестроваш неот-нпше збшьшення показника заломлення в обласп його прозоросп i змщення екситонних лшш в довгохвильовий 6iK при цьому (при густинах потужносп випромшювання рубшового лазера до 80-100 Мвт/см2) та просветления власного поглинання монокристалу CdS (при густинах потужноот випромшювання рубшового лазера бшьших 150 Мвт/см2).

Показано, що пучки рубшового лазеру з симетричним профшем iHTeHCHBHOCTi створюють в монокристат CdS багатомодов1 ХЕилеводи.

ЦИТОВАНА Л1ТЕРАТУРА 1*. Фёдоров В.Б. Оптические логические элементы для высокопроизводительных оптических процессоров. //Квантовая электроника. -1990. -Т. 17,№12. -С. 1539-1549. 2*. Фотоника. Под ред. М.Балкански и П.Лалемана. -1978. -М.: Мир. -416 с.

3*. Гудмен Дж. Введение в Фурье-оптику: Пер. с англ. -М.: Мир. -1970. -364 с.

4*. Елисеев П.Г. Введение в физику инжекционных лазеров. -М.:

Наука.-1983.-294 с. 5*. Адаме М. Введение в теорию оптических волноводов: Пер. с англ. -

М.: Мир.-1984. -512 с. 6*. Каплан А.Е. Искривление траекторий асимметрических пучков света в нелинейных средах. //Письма в ЖЭТФ. -1969. -Т.9,№1. -С.58-62. 7*. Бредихин В.И., Генкин В.Н. Роль экситонных состояний в нелинейных характеристиках полупроводников //ФТТ. -1971. -Т. 13. -С. 13291331.

8*. Адаме М.. Введение в теорию оптических волноводов. М.: Мир. -1984. -512с.

9*. Кукушкин В.Г. Самофокусировка в нелинейной среде при условии адиабатического слежения. //ДАН БССР. -1991.-Т.35,№Ю.-С.893-897. 10*. Konar S., Sengupta A. Self focusing of elliptic Gaussian laser beams in saturable nonlinear media. //Indian J. Pure and Appl. Phys. -1994. -V.32,№1. -P.75-79.

Ochobhi результата дисертацп опублжоваш в таких роботах: 1. A.M.Kamuz, P.F.Oleksenko, Y.U.Ovsyannikov, F.F.Sizov, and T.A.Dyachenko. Low-temperature photo-hydro-modification of II-V1 and III-V semiconductors. //Appl. Surface Science. -1996. -V103, №2.

-Р141-14Б.

2. Возникновение периодических неоднородностей показателя преломления в начальной стадии деградации лазеров на пластинчатых монокристаллах полупроводников типа AnBvl. /А.М.Камуз, Е.В.Орешко, С.В.Свечников и др. //Квантовая электроника. -1988. -Т. 15, №5. -С.963-965.

3. Исследование формирования ближнего и дальнего полей излуче-ния пластинчатых микролазеров. /В.В.Батин, А.М.Камуз, П.Ф.Олексенко и др. //Квантовая электроника. -1991. -Т. 18,№5. -С.581-583.

4. Влияние когерентного волноводного рассеяния лазерного излучения пластинчатых монокристаллов на распределение излучения в дальней зоне их диаграммы направленности. /А.М.Камуз, П.Ф.Олексенко, Е.В.Орешко и др. //Квантовая электроника. -1987. -Т. 14,№5. -С.1093-1096.

5. Расщепление поверхностных поляритонов топографической решеткой. /Горячев Д.Н., Дмитрук H.JI, Камуз A.M., Литовченко В.Г. //"Поверхность.Физика,химия,механика". -1984,-Т.2,-С.44-47.5. Влияние состояния приповерхностной области сульфида кадмия на эффект фотоотражения. /Камуз A.M., Олексенко П.Ф., Орешко Е.В. и др. //УФЖ. -1988. -Т.ЗЗ. -N.10. -С. 1463-1465.

6. Гигантское усиление фотоотражения от кадмированной приповерхностной области монокристалла сульфида кадмия.

/Камуз A.M., Орешко Е.В., Олексенко П.Ф., Свечников C.B. //Поверхность. Физика. Химия.Механика. -1989. -N 12. -С. 166-167.

7. Изменение состава приповерхностной области монокристаллов CdS под действием слабоинтенсивного излучения He-Cd лазера. /Игнатков В.Д., Камуз A.M., Орешко Е.В. и др. //УФЖ. -1987. -Т.32, -Вып.1. -С.95-97.

8. Камуз A.M., Олексенко П.Ф., Орешко Е.В. Изменение оптических характеристик приповерхностной области сульфида кадмия под действием излучения He-Cd лазера. //УФЖ. -1988. -Т.ЗЗ, -Вып.11.

-С.1641-1644.

9. Дифракционные решетки в приповерхностной области монокристаллов сульфида кадмия. /Камуз A.M., Орешко Е.В., Олексенко П.Ф., Свечников C.B.//УФЖ.-1989.-Т.34,N8. -С. 1238-1241.

10. Влияние светоиндуцированных решёток на ближнее и дальнее поля микролазеров. /В.В.Батин, А.М.Камуз, П.Ф.Олексенко и др. //УФЖ. -1991. -Т.36,№3. -С.337-344.

11. Исследование спектров полных потерь микролазеров на пластинчатых полупроводниках A"BVI. /А.М.Камуз, Е.В.Дец, С.М.Дец и др. //УФЖ. -1995.-T,40,-N10. -С.1061-1065

12. Камуз A.M., Олексенко П.Ф., Орешко Е.В. Перестройка зеленой краевой люминесценции сульфида кадмия поверхностно поглощаемым лазерным излучением небольшой интенсивности. //"Оптоэлек-троника и полупроводниковая техника". -1990. -Вып. 17. -С.69-71.

13. Диффузионные волноводы в монокристаллических подложках из сульфида кадмия и сульфида цинка. /Береза В.Н., Камуз A.M., Олексенко П.Ф. и др. /Юптоэлектроника и полупроводниковая техника. - Киев: Наукова думка. - 1986. -N10. - С.33-37.

14. Изготовление и исследование периодических гофрированных структур на поверхности сульфида цинка и сульфоселенида цинка. /Камуз A.M., Игнатков В.Д., Климова Н.В., Олексенко П.Ф. // "Оптоэлек-троника и полупроводниковая техника", -1987. N11. -С.32-35.

15. Исследование динамики излучения микролазеров на пластинчатых монокристаллах A"BVI. /А.М.Камуз, В.В.Батин, П.Ф.Олексенко и др. // Оптоэлектроника и полупроводниковая техника. -1994, N27. -С.60-64.

16. Природа возникновения коротковолновой полосы генерации пластинчатых микролазеров полупроводников AnBVI. /А.М.Камуз, Е.В.Дец, С.М.Дец и др. //Оптоэлектроника и полупроводниковая техника.-1995.-Вып.29. -С.3-14.

17. Формирование ближнего и дальнего полей пластинчатых микролазеров светоиндуцированными решетками. /А.М.Камуз, В.В.Батин, П.Ф.Олексенко и др. //Оптоэлектроника и полупроводниковая тех-ника.-1992, N23.-C.40-47.

18. The dynamics of lasing of the wavegude microlaser utilizing thin platelet single crystal of CdS. /A.M.Kamuz, Y.Y. Batin, P.Ph.Oleksenko et al. //Proc.SPIE. 1993. -Vol.2108.-P.473-476.

19. Kamuz A.M., Luckianov S.V., Oleksenko P.Ph. Research of the dependence of diffractive losses of generating modes CdS-microlaser on the parameters of waveguide resonator. //Proc.SPIE. -1993. -Vol.2108.-P.477-480.

20. Kamuz A.M., Dets S.M., Oleksenko P.F.Crevasse appearance in spectrum of microlaser full losses on platelet semiconductors AnBVI. //Proc.SPIE, -1994. -V.2212, -P.131-138

21. Ovsyannikov Y.U. Kamuz A.M., Oleksenco P.Ph., Sizov Ph.Ph. / The original method of a diagnostics and modification of II-VI and III-V semiconductors. // Proc.SPIE, -1995. -V. 2648. -P.600-608.

22. New technologies of integral-optical-elements fabrication: monolithic integrated-optical device. /Kamuz A.M., Oleksenko P.F., Ovcyannicov Y.U., Kiyashko S.D., Strilchuk O.N. //Proc.SPIE. -1994. -V.2213. -P. 231-238.

23. Some distinctions of diffractive grating wrating on the platelet CdS singlcrystal. /Kamuz A.M., PocherpailoA.I., Svechnicov S.V., Stril'chuk O.N.//Proc.SPIE. -1993.Vol.2108. -P.470-472.

24. Monolith integrated-optical device. /Kamuz A.M., Kiyashko S.D., Ovsyannikov Y.U., Oleksenko P.Ph., Stril'chuk O.N. //Proc.SPIE. -1993. -Vol.2108. -P.467-469.

25. Kamuz A.M., Oleksenko P.Ph, Ovsyannikov Y.U. Laser-stimulate variation of refractive index in superficial region of semiconductor CdS crystals. // Proc.of topical meeting on Photorefractive Materials,Effects and Devices.PRM'93. -Kiev,August 11-15, -1993.-P.526-529.

26. Nonlinear phase gratings and their effect on intermode scattering in II-IY semiconductor microlasers. /A.M.Kamuz, P.F. Oleksenko, E.V.Oreshko ct al. //Proc.of III International symposium on modern optics"Optika-88".-Budapest,September, 13-16,1988.-Vol. 1. -P. 149-154.

27. Kamuz A.M., Oreshko E.V. Laser-Photostimulated Enormous Changes in Refractive Index and Composition of CdS Syngle Crystal Subsurfase Region. //Proc. of 3-d Int. Symp. on Modern Optics, Sept. 1988. -Budapest. -1988. -V.l. -P.162-167.

28. Бродин M.C., Камуз A.M. О наблюдении самоискривления неоднородного лазерного пучка в кристалле NaCl. // Письма в ЖЭТФ. -1969. -Т.9. -С.577-580.

29. Бродин М.С., Камуз A.M. О природе нелинейности кристалла NaCl. //Письма в ЖЭТФ. -1971. -Т. 13. -С. 170-173.

30. Бродин М.С., Ватулев В.М., Камуз A.M. Самофокусировка света в кристалле NaCl. // УФЖ. -1966. -Т. 11. -С. 1151 -1153.

31. Ватулев В.М., Камуз A.M. О тепловых эффектах при взаимодействии пучка рубинового лазера с "прозрачными" кристаллами.// УФЖ. -1967.-Т.12. -С.1201-1203.

32. Бродин М.С., Камуз A.M. Самовоздействие интенсивных пучков в кристалле NaCl и нелинейное изменение его дисперсионных свойств. //УФЖ. -1969. -Т.14. -С. 1979-1982.

33. Бродин М.С., Камуз A.M. Изменение дисперсии и экситонного поглощения кристалла CdS под влиянием интенсивного излучения рубинового лазера. //ФТТ. -1970. -Т. 12. -С.1251-1253.

34. Самофокусировка излучения рубинового лазера в кристалле CdS. /Бродин М.С., Борщ А .А., Камуз A.M. и др. // ЖЭТФ. -1971. -Т.60. -С.1593-1596.

35. Бродин М.С., Камуз A.M. Самовоздействие мощных световых пучков в кристалле CdS и нелинейное изменение его дисперсионных свойств. //УФЖ. -1969. -Т.13. -С.1979-1982.

36. Бродин М.С., Камуз A.M. Исследование влияния интенсивного излучения рубинового лазера на оптические свойства кристалла CdS. //УФЖ. -1969. -Т.14. -С.517-520.

37. Некоторые эффекты взаимодействия пучка рубинового лазера с "прозрачными" кристаллами./ Бродин М.С., Ватулев В.М., Камуз A.M. и др. // В Сб."Квантовая электроника" -Киев: "Наукова думка". -1966. -Вып.1. -С.77-80.

38. Бродин М.С., Ватулев В.М., Камуз A.M. О наблюдении самосужения лазерного пучка в прозрачных кристаллах. //В Сб."Квантовая электроника" -Киев: "Наукова думка". -1967. -Вып.2. -С.175-178.

39. Бродин М.С., Ватулев В.М., Камуз A.M. О характере распространения мощных световых пучков в некоторых прозрачных кристаллических средах. // В Сб."Нелинейная оптика". -Новосибирск: "Наука". -1968. -С.267-270.

40. Камуз A.M., Овсянников Е.Ю., Олексенко П.Ф. Лазерностимули-рованное легирование Cd приповерхностной области монокристаллов CdS. //Материалы докл. II Украинской конф. "Материаловедение и физика полупроводниковых фаз переменного состава". -Нежин, 2124 сенг. -1993.-С.365-367.

41. Монолитный интегрально-оптический модуль,изготовленный на планарном CdSSe-волноводе. /Камуз A.M., Овсянников, Е.Ю. Олексенко П.Ф. и др. //Материалы докл. "Оптика лазеров,93". -С.Петербург. -1993. -С.225-227.

42. Создание и исследование тонкопленочных волноводов в моно кристаллах сульфида цинка. /Камуз A.M.,Береза В.Н..Климова Н.В., ПекарьГ.С. // "Интегральная оптика:Физические основы, приложения". -Н.:Изд. Наука,Сиб.Отд.-1986.-С.58-63.

43. Камуз A.M., Кияшко С.Д., Олексенко П.Ф. Исследование сенсибилизации красителем родамин В примесной фотопроводимости CdS-подложек и ее применение для создания фотоприемных элементов интегрально-оптических схем. //Материалы докладов II Украинской конф. "Материаловедение и физика полупроводниковых фаз переменного состава".-Нежин, 21-24 сент.-1993. -С.328-330.

44. Камуз A.M., Лукьянов C.B., Олексенко П.Ф. Влияние параметров волноводного резонатора на дифракционные потери полупроводниковых микролазеров. //Материалы II Украинской конф. "Материаловедение и физика полупроводниковых фаз переменного состава".-Нежин, 21-24 сент.1993. -С.331-333.

45. Генерация гигантских импульсов в волноводных микролазерах на полупроводниках AnBVI. /А.М.Камуз, В.В.Батин, П.Ф.Олексенко и др. //Материалы II Украинской конф. "Материаловедение и физика

полупроводниковых фаз переменного состава".-Нежин, 21-24 сент. 1993. -С.368-370.

46. Дифракционные решетки в приповерхностной области монокристаллов сульфида кадмия. /Камуз A.M., Орешко Е.В., Олексенко П.Ф. и др. //В Сб. докл-V Всес. конф.'Ъессеребряные и необычные фотографические процессы", Суздаль,5-9дек. 1988. -Черноголовка: ОИХФ АН СССР. -1988. -Т.З. -С.75-78.

47. Запись дифракционных решеток на монокристаллах сульфида цинка и селенида цинка. /Камуз A.M., Орешко Е.В., Свечников C.B. и др. //Материалы докл. Ill Всес.конф. "Физика и технология широкозонных полупроводников". -Махачкала: изд. ДГУ. -1986. -С. 174177.

48. Создание и исследование оптоэлектронного монолитного приемного модуля на твердых растворах полупроводниковых соединений АПВ /Береза В.Н., Камуз A.M., Климова Н.В., Олексенко П.Ф., Пекарь Г.С. //Материалы трудов Всес. конф. "Функциональная оптоэлектроника в вычислительной технике и устройствах управления", Тбилиси,май 1986,-Тбилиси: изд.ГПИ. -1986.-С.241-244.

49. Камуз A.M., Орешко Е.В., Олексенко П.Ф. Гигантское усиление фотоотражения от кадмированной приповерхностной области сульфида кадмия. //Материалы докл. II Всес. конф. "Фотоэлектрические явления в полупроводниках". Ашхабад. -1991. -С.79-82.

50. Патент Украины. N94021783. Способ изготовления канального волновода. Камуз A.M., Овсянников Е.Ю., Олексенко П.Ф. Приоритет 08.02.94.

51. Патент Украпш. N95041989. Способ изготовления дифракционных элементов и элементов устройств интегральной оптики. Камуз A.M., Овсянников Е.Ю., Олексенко П.Ф., Сизов Ф.Ф. Приоритет 26.04.95.

РЕЗЮМЕ

Камуз A.M. Лазерностимулированные изменения рефракции полупроводников типа AIUBV и AUBVI и оптические волноводы на их основе.

Диссертация на соискание учёной степени доктора физико-математических наук по специальности 01.04.10 - физика полупроводников и диэлектриков. Институт физики полупроводников HAH Украины, Киев, 1997.

Защищается 60 научных работ, в которых содержатся теоретические и экспериментальные исследования механизмов необратимой и обратимой (нелинейной) модификации рефракции полупроводников

АШВУ и АПВ¥1 и исследования приобретённых ими при этом новых физических свойств.

Впервые показано, что при одновременном действии на полупроводниковые монокристаллы типа АШВУ и АПВУ1 п-типа излучения из области собственного поглощения, высокополярной жидкости и атомов, растворённых в жидкости, которые могут создавать на поверхности акцепторные центры, происходит необратимая гигантская модификация (НГМ) состава и структуры их приповерхностной области. При этом происходит вытягивание междуузельных атомов катионов и возникновение из них кластеров, что и является причиной необратимой гигантской модификации рефракции приповерхностной области полупроводников.

Впервые показано, что после НГМ поверхность полупроводниковых монокристаллов приобретает способность нелокально модулировать свет из области его прозрачности, светом из области его поглощения.Показано, что нелокальное модулирующее воздействие передаётся по модифицированному монокристаллу со скоростью 1 см/сек на расстояние не менее 17 мм.

Показано, что периодические структуры на полупроводниках типа А1ПВУ и АПВУ1, созданных с помощью НГМ их рефракции, безрельефные и дифрагируют свет из-за периодических изменений показателя преломления.

В резонаторе микролазера (пластинчатый монокристалл СсШ) зарегистрированы динамические решётки, которые записывались двумя или несколькими его поперечными модами, одна из которых была вытекающей и её излучение заполняло всю апертуру торца резонатора (ближнее поле) и формировало рефлексы интенсивности в дальнем поле.

Установлено однозначное соответствие между формой резонатора на пластинчатом монокристалле и возникновением коротковолновой полосы генерации, а также его критической длиной.

Впервые установлено новое нелинейно-оптическое явление - самоискривление пучков света с ассимметричным профилем интенсивности в нелинейной среде.

Установлена природа оптической нелинейности монокристаллов Сс18 и №С1.

Показано, что пучки рубинового лазера с симметричным амплитудным профилем интенсивности создают в монокристаллах Сс18 мно-гомодовые градиентные волноводы.

Показано, что необратимая гигантская модификация рефракции позволяет создавать на полупроводниках типа А"ВУ1 и АШВУ практически все элементы полупроводниково интегральной оптики (каналь-

ные волноводы, направленные ответвители, рупоры ввода/вывода излучения в волноводы, фазовые дифракционные решётки, локальные волноводные фотоприёмники, контактные омические площадки и др.), а также монолитные интегрально-оптические схемы.

ABSTRACT

Kamuz А.М.. Laser stimulated changes of refraction of A3 B5 and A2 B6 semiconductors and optical waveguides 011 their basis.

Doctor of the physico-mathematical sciences (field 01.04.10 - physics of semiconductors and dielectrics). Thesis (typescript). Institute of Semiconductor Physics of the National Academy of Sciences of Ukraine, Kiev, 1997.

60 research papers, which contain the results of investigations of mechanisms of reversible and irreversible (nonlinear) modifications of A3 B5 and A2 B6 semiconductor refraction and investigations of obtained by them in this case of new physical properties, are defended.

It is shown for the first time that at the simultaneous action on n-type A3B5 and ArBs semiconductor single crystals of a radiation from high polar liquid in the region of self-absorption and from atoms, dissolved in the liquid that can create acceptor centers on the surface, irreversible giant modification (IGM) of composition and structure of their sub-surface region takes place. Moreover, the stretching of interstitial atoms of cations and creation of clusters from them is the cause of the IGM of refraction of the sub-surface region.

It is shown for the first tune that after the IGM the surface of a semiconductor single crystal obtains the possibility of nonlocal modulation of the light from the region of its transparency by the light from the region of its absorption. It is found out that nonlocal modulation action is transmitted along the modified single crystal with velocity 1 cm/sec for the distance non less than 17 mm.

It is shown that periodic structures on the basis of A3 B5 and A2 Вб semiconductors, created with the help of the IGM of the refraction are non-relief and diffract the light due to periodic changes of refractive index.

hi the resonator of a microlaser (plate-like CdS single crystal) the dynamic gratings that were recorded by its two or more transverse modes, one of which was flowing out and its radiation filled entire aperture of resonator end-wall (near field) and formed reflexes of intensity in a distant field, are discovered.

Unambiguous correspondence between the form of a resonator in the plate-like single crystal and occurrence of short-wave generation band and its critical length as well is established.

For the first time new nonlinear-optical phenomenon - self-distortion of light beams with asymmetrical profile of intensity in nonlinear medium is discovered. The nature of optical nonlinearity of CdS and NaCl single ciystals refraction index is established. It is shown that the beams of ruby laser with symmetrical profile of intensity create multimode gradient waveguides in CdS single crystals.

It is shown that the IGM of refraction allows to create on the basis of A3B5 and АдВо semiconductors practically all the elements of semiconductor integrated optics (channel waveguides, directional couplers, channels of input/output of radiation into waveguides, phase gratings, local waveguide photoreceivers, ohmic contact area elements et cetera) and monolithic integro-optic circuits as well.

Ключов1 слова:

нашвпровщник, монокристал, канальш хвилеводи, монолггш штег-рально-оптичш схема, мнсролазер, незворотна модифшащя рефракци, фотовщбиття, самовщхилення свггла, оптична нелшшшсть, нелшшш гратки, св1тло!ндуковаш гратки.