ИСТИНА

Цель проекта – выявить особенности взаимодействия мощных коротких и ультракоротких импульсов лазера с полупроводниковыми структурами пониженной размерности, определить влияние интенсивного света на свойства наноструктур и наноструктур с измененными свойствами на параметры лазерного луча. Планируется провести эксперименты по нелинейному взаимодействию света как с поглощающими, так и с прозрачными для возбуждающего излучения низкоразмерными полупроводниковыми структурами. При изучении взаимодействия интенсивного света с поглощающими полупроводниковыми наноструктурами, то есть при возбуждении электронов, дырок, экситонов, биэкситонов, основное внимание будет уделено процессам, определяющим нелинейное поглощение и преломление при временах релаксации возбужденных состояний, зависящих (!) от уровня возбуждения. Нелинейное поглощение (образование канала прозрачности при насыщении поглощения) и преломление среды должно вызвать изменение параметров лазерного луча – его фокусировку и дефокусировку, изменение поперечного профиля за счет «обрезания» периферийных слоев слабой интенсивности (стрип-эффект), самодифракцию и т.д. При взаимодействии мощных коротких и ультракоротких импульсов лазера с полупроводниковыми наноструктурами, прозрачными на частоте возбуждающего излучения, будут изучены нелинейные оптические явления, определяемые воздействием сильных оптических полей на связанные электроны и описываемые с помощью безынерционных классических нелинейностей: генерация гармоник, многофотонное поглощение, самовоздействие при безынерционном нелинейном изменении коэффициента преломления и т.д. Особое внимание будет уделено изучению нелинейных оптических явлений в полупроводниковых квантовых точках (например, CdSe/ZnS) разного размера (радиуса) при резонансном возбуждении основного электронно-дырочного (экситонного) перехода. Именно изменение размера квантовых точек позволит осуществить как резонансное возбуждение экситонов при заданной частоте возбуждающего излучения лазера, так и создавать условия, при которых она отстроена от резонансной в сторону более низких и более высоких частот. Это должно изменить характер процесса самовоздействия лазерного луча, определяемый знаком изменения коэффициента нелинейного преломления квантовых точек. Будут проанализированы возможности использования изученных нелинейных оптических явлений в поглощающих и прозрачных полупроводниковых низкоразмерных структурах для создания ряда устройств: оптических переключателей, нелинейных ограничителей интенсивности света, двухфотонно поглощающих элементов отрицательной обратной связи для стабилизации интенсивности и для перестройки длительности импульсов лазера и т.д.

Выявлены физические явления, ответственные за обнаруженные особенности нелинейного поглощения при резонансном одно- и двухфотонном возбуждении основного экситонного перехода квантовых точек (КТ) CdSe/ZnS (коллоидный раствор) мощными пикосекундными импульсами лазера - В случае резонансного однофотонного возбуждения: - замедление темпа увеличения пропускания и даже уменьшение пропускания коллоидного раствора КТ при высоких уровнях возбуждения объяснено доминирующим процессом заполнения состояний (насыщением) двухуровневой системы с зависящим от интенсивности света (уменьшающимся из-за безызлучательной Оже-рекомбинации) временем жизни возбуждённого состояния; - В случае резонансного двухфотонного возбуждения: - обнаруженное замедление роста нелинейного поглощения при высоких уровнях возбуждения можно объяснить влиянием процесса заполнения состояний в КТ и штарковским сдвигом экситонного перехода наведенным электрическим полем; - возникающее уменьшение интенсивности люминесценции КТ при высоких уровнях возбуждения, причиной которого могут быть процессы заполнения состояний, безызлучательная Оже-рекомбинация и Штарк-эффект экситонов, необходимо учитывать при измерении нелинейного поглощения по трекам фотолюминесценции (по зависимости интенсивности люминесценции от расстояния). Обнаруженная самодифракция двух типов – (1) самодифракция луча лазера на наведенном им канале прозрачности при однофотонном резонансном возбуждении экситонов в коллоидных КТ CdSe/ZnS и (2) самодифракция двух лучей лазера на сформированной ими дифракционной решетке при одно- и двухфотонном резонансном возбуждении экситонов в КТ позволили выявить физические процессы, ответственные за соответствующие явления самовоздействия. При однофотонном резонансном возбуждении экситонов в КТ CdSe/ZnS канал прозрачности в коллоидном растворе с большой концентрацией КТ и наведенная дифракционная решетка возникают за счет сосуществующих и конкурирующих процессов насыщения основного электронно-дырочного (экситонного) перехода и длинноволнового штарковского сдвига спектра экситонного поглощения. При двухфотонном резонансном возбуждении экситонов в коллоидных КТ CdSe/ZnS самодифракция лучей, создающих дифракционную решетку, по-видимому, обусловлена их дифракцией на фазовой наведенной дифракционной решетке, возникающей за счет значительного нелинейного изменения коэффициента преломления при четырехволновом взаимодействии в прозрачной нелинейной среде с большим значением кубической нелинейности (в среде, у которой один из виртуальных уровней совпадает с реальным при промежуточном резонансе для суммарной энергии двух фотонов).