Сверхрешетку можно использовать в оптической системе в качестве активного элемента цепи для преобразования излучения необходимым нам образом. На рисунке 1 изображен фотонный транзистор, в котором в качестве регулирующего элемента используется сверхрешетка. Интенсивность света, пропускаемого нелинейно-оптическим материалом (сверхрешеткой), не пропорциональна мощности падающего пучка. На графике (рисунок 1) показана зависимость пропущенной мощности от мощности падающей. Если добавить слабый управляющий сигнал, то мощности будут складываться и в конце-концов превысят некоторое пороговое значение. Мощность опорного пучка обычно берется немного ниже пороговой, вслед за которой идет резкое возрастани попускаемой мощности.
Оптические свойства всех сверхрешеток практически одинаковы в области частот ниже порога собственного поглощения массивных полупроводников, составляющих сверхрешетку. Однако в области частот выше порога собственного поглощения полупроводника оптические свойства сверхрешеток отличаются. Для композиционных сверхрешеток, когда частота падающего света меньше пороговой, а ЭМП поляризовано перпендикулярно оси сверхрешетки, происходит поглощение света свободными носителями заряда. Переходы же между минизонами может вызвать только свет, поляризованный в направлении оси сверхрешетки. Необходимо отметить, что разрешенными (имеющими бОльшую вероятность) переходами являются переходы между состояниями с различной четностью (волновой функции). При изучении оптических характеристик сверхрешеток проявляются квантовые эффекты, связанные с движением электронов как двумерных носителей заряда. Четкое проявление эффекта размерного квантования в сверхрешетке наблюдал Динг в 1974 году. В спектрах поглощения сверхрешетки наблюдалась ступенчатая структура (см. рисунок 2). Для внутризонных переходов в композиционных сверхрешетках коэффициент поглощения будет пропорционален квадрату элемента матричного перехода (см. рисунок 2). Для межзонных переходов элемент матричного перехода будет максимальным для зон с одинаковыми номерами, то есть вероятность перехода в пределах одного слоя сверхрешетки больше.
На рисунке 2 представлены спектры поглощения одной из сверхрешеток типа GaAs-AlxGa1-xAs. Интересно, что насыщение поглощения в такой сверхрешетке наступает при интенсивностях в 3 раза меньше, чем при использовании GaAs. Наиболее заметным отличием оптических переходов в структурах типа GaAs-AlxGa1-xAs, как и вообще в сверхрешетках, является практическое отсутствие примесных переходов и доминирование излучения вследствие рекомбинации свободных экситонов. В сверхрешетках же со слоями несколько более толстыми, чем это принято (обычно более 1 нм), начинают проявляться оптические свойства обычных массивных полупроводников. Это говорит о влиянии на процессы поглощения и испускания пространственного ограничения волновых функций носителей тока в сверхрешеточных структурах с периодом около 0,2 нм. Другим важным фактором, влияющим на оптические спектры в сверхрешетках, является наличие четких пространственных границ структуры. Спектры сверхрешеток с четкими линиями структуры характеризуются очень узкими линиями излучения и люминесценции.
Влияние магнитного поля и оптические свойства легированных сверхрешеток рассмотрим в одной из следующих публикаций.
Список использованных источников
1 Силин А. П. Полупроводниковые сверхрешетки, УФН, 1985, т. 147, с. 485
2 Дж.М.Роуэлл Материалы для фотоники, В мире науки, №12, 1986/ Scientific American, October 1986, vol.255, No.4
