Оптические модуляторы

Структуры с квантовыми ямами могут использоваться не только для генерации излучения (в качестве излучателей лазеров и фотодиодов) но и для модуляции светового излучения. Под модуляцией здесь поднимается возможность изменения оптических свойств под действием управляющего воздействия, например под действием внешнего потенциала. Если говорить проще, то это позволит создавать покрытия и материалы у которых по желанию можно менять цвет или степень отражения света.

Физической основой эффекта модуляции являются два следующих экспериментальных факта:

а) в структурах с квантовыми ямами существуют резкие линии экситонного поглощения, имеющие значительно большую интенсивность, чем в однородных полупроводниках, и наблюдаемые не только при низких, но и при комнатных температурах;

б) спектральное положение линий заметно сдвигается при приложении сильного электрического поля перпендикулярно слоям гетероструктуры.

Рассмотрим второй пункт более подробно. В однородных полупроводниках электрическое поле разрушает экситоны, растаскивая электрон и дырку в разные стороны. Наличие же квантовой ямы позволяет без вреда для экситона приложить в поперечном направлении достаточно сильное поле, поскольку стенки ямы не дают электрону и дырке возможности разойтись. Поэтому экситонная линия поглощения в поле не исчезает, но положение ее достаточно сильно сдвигается. Это обусловлено двумя факторами. Во-первых, поле искажает форму самой квантовой ямы, превращая ее из прямоугольной в трапециевидную (Рис. 6.4).

Рис. 6.4. Энергетический спектр квантовой ямы в отсутствие (а) и при наличии (б) приложенного электрического поля.

При этом меняются энергии квантовых уровней как в зоне проводимости , так и в валентной зоне , а следовательно, и эффективная ширина запрещенной зоны

.

Во-вторых, энергия связи экситона хотя и не обращается в нуль, как только что было отмечено, но тем не менее зависит от приложенного поля. В результате спектральное положение экситонной линии оказывается сильно зависящим от напряженности электрического поля F.

Поскольку экситонная линия в спектре поглощения является весьма резкой, то коэффициент поглощения α для света с частотой вблизи этой линии очень сильно меняется при изменении положения линии. Это делает весьма эффективной модуляцию света с помощью приложенного электрического поля. Ожидается, что подобные модуляторы найдут применение в системах оптической передачи информации.

Дата добавления: 2014-01-11