Оптоэлектроника

Неоднородное уширение

В этом случае рассматриваемая среда состоит из ансамбля т различных систем, обладаю­щих различными боровскими частотами осцилляции сот... Интегральная форма линии в этом случае представляет собой среднее по всем индивидуальным формам линии (смот­рите рисунок ЗАЗ):

Рис. З. А.2. Автокорреляционная функция (а) gl(т) и спектральное распределение ^со) (б) пуассоновского процесса, показанного на рис. З. А.1.

(ЗА 19)

Где р{сот)йсот есть число состояний системы с боровской частотой в диапазоне от сот - <Цу2 до сот + йсот/2. В атомных системах имеется ряд причин для неоднородного уширения линий, в частности, эффект Допплера. В оптоэлектронных материалах уши­рение, как правило, возникает из-за флуктуаций параметров синтеза данного образца.

Пример: неоднородное уширение бесконечной квантовой ямы---------------------------------

Рассмотрим бесконечную квантовую яму с шириной, которая изменяется в преде­лах образца. Предположим, что флуктуации описываются гауссовским распределе­нием:

(ЗА20)

-((*-*„ )2 / 2&г2)

Рис. З. А.З. Неоднородное уширение линии из-за сово­купного вклада нескольких различных и независимых систем. Каждая из систем от­ветственна за оптические пе­реходы при различных энер­гиях фотонов.

Здесь 5а является стандартной девиацией распределения ширины ямы. Как можно было бы ожидать, это распределение должно приводить к подобному гауссовскому распреде­лению соответствующих боровских частот, которое может быть записано в виде:

(З. А.21)

Уравнение (1.49) позволяет нам рассчитать ширину результирующего распределения боровских частот:

8(0 _ 25а

Со2 [ а0

В предположении, что ширина квантовой ямы и амплитуда флуктуаций составляют соответственно 6 и 0,5 нм, энергия перехода Е21 составляет 300 мэВ, флуктуация энергии равна 5Е21 = 300 мэВ/6 или 50 мэВ. Эта величина меньше, чем для конеч­ной квантовой ямы, но тем не менее для того, чтобы этот фактор не превышал влияние однородного уширения (с типичным значением 10 мэВ), следует стре­миться уменьшать амплитуду флуктуаций вплоть до размеров монослоя.

Простым способом выявить, какой из механизмов однородного или неодно­родного уширения обусловливает характеристики системы, является использова­ние метода т. н. выжигания спектрального провала. В этом случае мощное моно­хроматическое излучение (называемое накачивающим пучком) с частотой у0, лежа­щей в пределах пика поглощения образца, смешивается со слабым излучением широкополосного или перестраиваемого источника (зондирующий пучок) и на­правляется на образец (смотрите рис. З. А.4). В том случае, когда уширение являет-

Ческим пучком излучения, которое насыщает поглощение подсистемы с энер­гией перехода, равной энергии фотонов накачивающего пучка. Это приво­дит к выжиганию спектрального провала в спектре поглощения неоднород­ной системы при измерении вторичным зондирующим пучком меньшей интенсивности. Указанный эксперимент называется выжиганием спектраль­ного провала, и он позволяет выявить природу (однородного или неоднород­ного) уширения системы.

Ся неоднородным, единственным элементом, который будет оптически насыщать­ся накачивающим пучком, является элемент т ансамбля, такой что v0 = vm2l. В результате в спектре поглощения зондирующего пучка будет проявляться дискрет­ный провал на частоте v0. Если же однако уширение носит чисто однородный ха­рактер, тогда все элементы системы будут насыщаться накачивающим пучком, и полный спектр поглощения испытает ослабление по амплитуде.