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【6h】

GaAs光生载流子动力学机制的超快光谱学研究

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摘要

第一章 绪论

1.1 引言

1.1.1 超短激光脉冲的产生

1.1.2 飞秒激光技术的应用

1.2 超快光谱学的类型

1.2.1 泵浦-探测技术

1.2.2 太赫兹时域光谱

1.3 砷化镓材料的概述

1.3.1 砷化镓材料的晶体结构

1.3.2 砷化镓材料的基本性质

1.3.3 砷化镓材料的应用前景

1.3.4 GaAs载流子动力学研究现状

1.4 本论文的研究内容及章节安排

第二章 半导体载流子动力学相关理论

2.1 半导体简介

2.1.1 半导体的能带结构

2.1.2 直接、间接带隙半导体

2.1.3 本征、n型和p型半导体

2.2 光生载流子

2.2.1 光生载流子概念

2.2.2 光生载流子的产生

2.2.3 光生载流子的复合

2.2.4 光生载流子的寿命

2.3 半导体内的动力学过程

2.3.1 半导体内的微观过程

2.3.2 超短激光下半导体内动力学过程

2.4 本章小结

第三章 超快泵浦-探测系统设计

3.1 飞秒激光器体系

3.1.1 振荡级(Mai Tai SP)

3.1.2 放大级(Spitfire Ace)

3.1.3 光学参量放大级(OPA-800C)

3.2 超快泵浦-探测系统

3.2.1 共线式泵浦-探测系统

3.2.2 不共线式泵浦-探测系统

3.3 本章小结

第四章 超快泵浦-探测反射实验研究

4.1 差分反射率

4.1.1 差分反射率定义

4.1.2 时间分辨差分反射谱

4.2 差分反射率-功率模型建立

4.3 有效光斑直径测量——刀片法

4.3.1 有效光斑直径概述

4.3.2 有效光斑直径测量

4.4 信噪比优化

4.5 本章小结

第五章 光学参数对GaAs时间分辨差分反射率的影响

5.1 中心波长对GaAs时间分辨差分反射率的影响

5.1.1 中心波长与差分反射率、信噪比的相关性

5.1.2 中心波长对动力学机制的影响

5.2 泵浦功率对GaAs时间分辨差分反射率的影响

5.2.1 泵浦功率与差分反射率、信嗓比的相关性

5.2.2 泵浦功率对动力学机制的影响

5.3 激光带宽对GaAs时间分辨差分反射率的影响

5.3.1 激光带宽与差分反射率、信噪比的相关性

5.3.2 激光带宽对动力学机制的影响

5.4 探测功率对GaAs时间分辨差分反射率的影响

5.5 本章小结

总结与展望

总结

展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间取得的成果与奖励

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摘要

以泵浦-探测技术为基础的超快光谱学研究是通过两束光在空间位置的相对延迟来实现时间上的高分辨,是目前探索超快现象或机理研究的一种相对简单但非常有效可靠的实用技术。本论文就是利用飞秒级的泵浦-探测技术来探测砷化镓(GaAs)的时间差分反射谱变化,并通过建立理论模型,进一步分析光生载流子动力学机制。主要内容包括:
  (1)概述了超短脉冲激光、超快光谱学的发展与应用以及砷化镓材料的晶体结构和性质,列举了几种典型的超快光谱学技术。以GaAs的晶体结构和光学性质为基础,总结了其在载流子动力学方面的研究现状。
  (2)概述了半导体载流子动力学相关理论知识。以半导体和光生载流子为基础,分段描述了半导体动力学过程。
  (3)搭建了泵浦-探测实验平台。考虑到最大化利用空间,结合飞秒激光器体系,在超净实验室搭建了泵浦-探测反射、透射系统。根据样品中泵浦光与探测光共线的条件,每种系统又分为两个类型:共线和非共线。
  (4)建立了差分反射率和功率的模型。提出了饱和载流子浓度Ns的概念,并以拟合的实验曲线和理论模型为基础推算出未故意掺杂高纯n型GaAs的饱和载流子浓度:Ns=(3.5901±0.3103)×1017cm-3。
  (5)分析了时间分辨差分反射谱。通过改变光学参数,如中心波长、功率、带宽,分别对未故意掺杂高纯n型GaAs的差分反射谱进行研究,讨论光学参数分别与差分反射率峰值、信噪比的相关性。进一步,把光生载流子动力学分为4个阶段:804±67fs的光激发过程、134fs~268fs的初始散射过程、τ1=1ps的快复合过程和τ2=3ps~6ps的慢复合过程。

著录项

  • 作者

    于钟慧;

  • 作者单位

    西北大学;

  • 授予单位 西北大学;
  • 学科 学科教学(物理)
  • 授予学位 硕士
  • 导师姓名 张苏娟;
  • 年度 2017
  • 页码
  • 总页数
  • 原文格式 PDF
  • 正文语种 中文
  • 中图分类 TN304.23;
  • 关键词

    砷化镓; 光生载流子; 动力学机制; 泵浦探测;

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