Прохождение ультракоротких импульсов света через полупроводниковые кристаллы.

В работе [482] теоретически предсказано, а в [483] экспериментально обнаружено явление самоиндуцированной прозрачности среды при прохождении через нее ультракоротких импульсов света. Это явление отличается от обычного насыщения поглощения и наблюдается при выполнении двух условий. Во-первых, длительность светового импульса должна быть много меньше периода самого быстрого релаксационного процесса в среде:

Во-вторых, безразмерная площадь импульса при однофотонном поглощении должна удовлетворять условию

где модуль матричного элемента дипольного момента перехода; напряженность электрического поля

товой волны в точке в момент времени Для двухфотонного поглащения второе условие аналогично (16.19), только вместо стоит составной матричный элемент, а под знаком интеграла — напряженность электрического поля в квадрате.

Самопрозрачность первоначально была обнаружена при прохождении пикосекундных импульсов излучения рубинового лазера через рубиновые стержни [483] и импульсов излучения -лазера через газ [484]. Теория явления для полупроводников развита в [485—488].

На рис. 82 построен график зависимости энергии излучения, прошедшего через смешанный кристалл энергии падающего ультракороткого импульса неодимового лазера, работавшего в режиме самосинхронизации мод [489]. До некоторого порогового значения энергии падающего излучения пропускание образца составляет менее Затем наступает резкое увеличение прозрачности, пропускание увеличивается более чем на два порядка. При возбуждении такого же образца импульсами с длительностью 3-10-8 сек вообще не удалось зарегистрировать прошедшего излучения.

В случае двухфотонного поглощения коэффициент поглощения вначале должен расти пропорционально (см. (16.12)), а затем вследствие самоиндуцированной прозрачности уменьшаться. Результаты расчета зависимости коэффициента двухфотонного поглощения приведены на рис. 83 [488].

Качественно эффект самоиндуцированной прозрачности можно представить так. Передний фронт светового импульса, встречая на своем пути резонансную среду, переводит ее в возбужденное состояние. Возвращаясь в исходное состояние, среда отдает энергию на заднем фронте импульса. Такая перекачка энергии возможна, если длительность импульса меньше «фазовой памяти» среды, и приводит к уменьшению скорости распространения импульса более чем на порядок.

Снижение скорости распространения пикосекундного импульса излучения неодимового лазера до 4-108 см/сек наблюдалось в арсениде галлия при [490, 491].

Рис. 82. Зависимость энергии ультракороткого импульса света прошедшего через кристалл от энергии падающего излучения [489]

Рис. 83. Зависимость коэффициента двухфотонного поглощения GaAs от параметра импульса Пунктирная кривая для некогерентного взаимодействия ультракороткого импульса с GaAs [488]

Опыты показывают, что достаточно нарушить хотя бы одно из условий (16.18), (16.19), как эффект самопрозрачности исчезает. Энергия и длительность импульса счета задаются режимом работы лазера. Величину в газах варьируют путем изменения давления газов. В полупроводниках значение резко уменьшается с повышением температуры, поэтому самопрозрачность легче наблюдать при низких температурах. Зависимость пропускания образцов от исследована в работах [492, 493]. Теоретически этог вопрос рассмотрен в [494].