Załącznik nr 8 do sprawozdania merytorycznego z realizacji projektu badawczego Szybka nieliniowość fotorefrakcyjna w światłowodach półprzewodnikowych do zastosowań w elementach optoelektroniki zintegrowanej i telekomunikacji optycznej Nr UMO-2011/01/B/ST7/06234 Wpływ temperatury na widmo absorpcji w strukturach falowodowych fotorefrakcyjnych wielokrotnych studniach kwantowych Wykonawcy: mgr inż. Eliza Miśkiewicz dr inż. Andrzej Ziółkowski mgr. Inż. Błażej Jabłoński Szczecin 2015 1
1. Wstęp Pomiary wpływu temperatury na widmo absorpcyjne w strukturach fotorefrakcyjnych wielokrotnych studni kwantowych zostały wykonane z wykorzystaniem kamery termowizyjnej FLIR A325. Kamera ta składa się z matrycy CCD o czułości termalnej oraz częstotliwością próbkowania 60 Hz. Sygnał z kamery termowizyjnej był w przesyłany do komputera z dedykowanym oprogramowaniem w calu analizy wpływu zmian temperatury. 2. Schemat układu pomiarowego Kamera termowizyjna umieszczona była w układzie laboratoryjnym nad badaną strukturą. Rys. 2. Schemat układu do pomiaru temperatury: PF0 półfalówka, KP kostka polaryzacyjna, PD1 płytka światło dzieląca, S1 i S2 soczewki sferyczne, P1 polaryzator, BE beam expander, D diafragma, Sc1 i Sc2 soczewki cylindryczne, OM1 i OM2 obiektywy mikroskopowe, CCD detektor optyczny z matrycą CCD 1 Załącznik 1 karta katalogowa kamery termowizyjnej FLIR A325 2
3. Przeprowadzone pomiary Podczas pomiarów rejestrowano zmiany temperatury falowodowej struktury MQW z oświetloną warstwą prowadzącą (wiązka sygnałowa wprowadzona do falowodu) po przyłożeniu napięcia zewnętrznego z zakresu 100V do 700V. Pomiary wykonano dla dwóch wartości mocy optycznej wiązki propagującej się w falowodzie, mierzonych na jego wyjściu, odpowiednio 0,2 µw i 0,5 µw. Rys. 3. Zależność zmiany temperatury w funkcji czasu dla wyjściowej mocy optycznej P 0 = 0,5 W oraz wartości zewnętrznego pola elektrycznego U = 700V Rys. 4 Zdjęcia rozkładu temperatury wykonane przy pomocy kamery termowizyjnej. Napięcie zasilające U = 700V, Moc wyjściowa wiązki P 0 = 0,5 W. Po lewej skala barwna temperatury. 3
Wpływ prądu płynącego przez strukturę dla skokowo włączonego zewnętrznego pola elektrycznego na zamianę temperatury próbki. Rys. 5. Zależność prądu oraz temperatury w funkcji czasu dla pola elektrycznego włączonego skokowo w chwili t=0. Napięcie zasilające U = 700V, moc wyjściowa wiązki P 0 = 0,5 W. Obserwujemy, że dla przyłożonego do struktury zewnętrznego pola elektrycznego U = 700V oraz mocy wyjściowej P 0 = 0,5 W przy U = 0, prąd płynący osiąga wartość maksymalną w chwili początkowej, następnie obniża się i po czasie osiąga poziom stabilizacji.wartość temperatury podczas pomiaru wzrasta z poziomu Stosunek do wartości.. Rys. 6. Zależność prądu oraz temperatury w funkcji czasu dla skokowo włączonego pola elektrycznego. Napięcie zasilające U = 700V, moc wyjściowa wiązki P 0 = 0,2 W. 4
Dla mniejszej mocy optycznej P 0 = 0,2 W, obserwujemy, że prąd płynący osiąga wartość maksymalną w chwili początkowej osiąga poziom stabilizacji poziomu do wartości. Stosunek, następnie obniża się i po czasie. Wartość temperatury podczas pomiaru wzrasta z. Kolejne pomiary miały na celu określenie wartości ustabilizowanego prądu przyłożonego pola elektrycznego dla różnych mocy wyjściowej wiązki. w funkcji Rys. 7. Zależność ustabilizowanego prądu w funkcji pola elektrycznego dla różnych wartości wyjściowych mocy optycznych. Obserwujemy, że zmiana wartości prądu płynącego przez strukturę w funkcji pola elektrycznego maleje wraz ze wzrostem wartości pola. Dla dużych wartości mocy wyjściowej widać, że zmiany wartości płynącego prądu są większe, niż dla wartości mniejszych. Poniżej zostały przedstawione wyniki pomiaru stosunku mocy wyjściowej P 0 bez przyłożonego zewnętrznego pola do mocy wyjściowej P po przyłożeniu zewnętrznego pola elektrycznego. 5
Rys. 8. Zależność mocy wyjściowej P 0 bez przyłożonego zewnętrznego pola do mocy wyjściowej P po przyłożeniu zewnętrznego pola elektrycznego dla różnych wartości mocy optycznej. Poniżej zostało przedstawione widmo absorpcji dla struktury falowodu w temperaturze pokojowej (linia czerwona) oraz w strukturze ogrzanej za pomocą gorącego powietrza. Rys. 9. Widmo absorpcji w funkcji długości fali dla struktury falowodowej w temperaturze pokojowej oraz ogrzanej za pomocą gorącego powietrza. Widać, że dla struktury ogrzanej gorącym powietrzem wartość absorpcji w całym zakresie długości fal pozostaje stała, znikają również rezonanse ekscytonowe. 6