РОЗДІЛ 2
МЕТОДИКА І ТЕХНІКА ЕКСПЕРИМЕНТУ
2.1. Вибір геометрії реєстрації розсіяного світла
Геометрія реєстрації розсіяного світла визначається орієнтацією напрямку, в
якому здійснюється вимірювання розсіяного світла відносно напрямку
розповсюдження падаючого світла. Вибір певної конфігурації залежить від
величини коефіцієнта поглинання падаючого та розсіяного світла в середовищі, що
досліджується [83]. Для прозорого середовища найбільш широковживаними є
геометрія "розсіяння вперед", при якій розсіяне світло реєструється вздовж
напрямку падаючого світла, або геометрія "розсіяння під кутом 90 градусів", при
якій кут між хвильовими векторами падаючого та розсіяного світла становить 900.
У випадку сильного поглинання падаючого та розсіяного світла, зазвичай,
використовується геометрія "розсіяння назад", при якій кут між хвильовими
векторами та в середовищі наближається до 1800.
У нашій роботі досліджувалося непружне розсіяння інфрачервоного світла (мкм) на
збудженнях вільних носіїв заряду в кристалах p-Ge із концентраціями носіїв
см?3. Енергія квантів падаючого (еВ) та розсіяного () світла була меншою за
величину ширини забороненої зони германію (яка при температурах 300 К та 80 К
дорівнює 0,663 еВ і 0,699 еВ відповідно [84]). У цьому випадку поглинання
інфрачервоного світла є внутрішньозонним і для температур від 300 К до 80 К
воно обумовлене, в основному, прямими оптичними переходами носіїв струму між
підзонами легких та важких дірок ( див. напр. [85, 86]). Зазначимо, що
поглинання інфрачервоного світла кристалічною граткою в германії пов'язане з
народженням чотирьох та більше фононів, що визначає малий переріз поглинання
нею світла. Для мкм при температурі 300 К коефіцієнт поглинання кристалічною
граткою становить всього 0,03 см-1 і зменшується при зниженні температури
[87].
Переріз поглинання інфрачервоного світла при зазначених вище переходах носіїв
має досить значну величину. Наприклад, як показали наші дослідження, для
довжини хвилі падаючого світла мкм він становив та см2 при 300 та 80 К
відповідно. Переріз поглинання для довжин хвиль розсіяного світла відрізнявся
при цьому від вказаних вище не більше ніж на 20% (спектральний діапазон
падаючого і розсіяного світла припадає на короткохвильову область смуги
поглинання) [85].
Таким чином, для досліджених зразків p-Ge з концентраціями вільних носіїв см?3
величини коефіцієнтів поглинання для падаючого () та розсіяного ()
інфрачервоного світла при 300 і 80 К становлять см-1 та см-1 відповідно. При
цьому ефективні довжини поглинання і відповідно ефективні довжини розсіяння
світла становлять при кімнатній та мм при азотній температурах.
Із наведених даних видно, що поглинання падаючого та розсіяного інфрачервоного
світла в досліджених зразках p-Ge є досить сильним. Враховуючи це, для
проведення досліджень непружного розсіяння світла була обрана геометрія
"розсіяння назад".
2.2. Блок-схема експериментальної установки
Блок-схема експериментальної установки для дослідження непружного розсіяння
інфрачервоного світла в кристалах p-Ge наведена на рис. 2.1.
Пучок монохроматичного інфрачервоного світла від джерела (1) направлявся вздовж
оптичної осі дзеркалами (2' та 2"), формувався до певних розмірів ірисовою
діафрагмою (5) та за допомогою лінзи (6) фокусувався на досліджуваний зразок
(7).
Рис. 2.1. Блок-схема експериментальної установки:
1 – лазер; 2', 2", 5, 6 – елементи формування пучка падаючого на зразок
випромінювання; 3 – перемикач світлового пучка, 4 – пластинка BaF2 ;
7 – досліджуваний зразок, 8 – сферичне дзеркало; 9 – газова кювета із SF6
;
10 – поляризатор; 11 – монохроматор SPM-2; 12 – параболічне дзеркало;
13, 14 – фотоприймачі інфрачервоного світла; 15 – блок реєстрації.
Досліджуваний зразок закріплювався на мідному хвостовику в вакуумній частині
азотного кріостату або розміщувався в спеціальному пристрої, за допомогою якого
до зразків можна було прикладати направлений тиск. Таке розміщення зразка
давало змогу проводити дослідження при 300 К та 80 К.
Розсіяне в зразку світло збиралося сферичним дзеркалом (8) (фокусна відстань
мм, тілесний кут збору стеррадіан). Зібране світло фокусувалося на вхідну
щілину монохроматора (11). Перед вхідною щілиною монохроматора встановлювалася
газова кювета (9) з селективним поглиначем та GaAs-поляризатор (10) (при
вимірюваннях поляризаційних характеристик непружно розсіяного світла).
У дослідженнях використовувався призмовий монохроматор SPM2 з призмою з NaCl.
Ширина вхідної щілини монохроматора вибиралася, виходячи з вимог до величини
спектральної роздільної здатності, і в середньому становила ~ 0,5ё1 мм, при
цьому роздільна здатність (в діапазоні вимірюваних довжин хвиль) становила
близько .
Після проходження через монохроматор розсіяне світло потрапляло на параболічне
дзеркало (12) і фокусувалося на фотоприймачі інфрачервоного світла (13).
Електронний сигнал фотоприймача подавався на систему реєстрації та обробки
даних на базі персонального комп'ютера (15). Оскільки інтенсивність непружно
розсіяного світла мала надмалі величини, для його реєстрації були використані
високочутливий фотоприймач інфрачервоного світла та система накопичення даних.
Для синхронізації роботи схеми реєстрації був використаний електронний сигнал
фотоприймача (14), на який за допомогою поворотної пластинки (4) із BaF2
відводилася частина (~4%) світлового імпульсу лазера (1). Цей же сигнал
використовувався для контролю інтенсивності падаючого на досліджуваний зразок
випромінювання.
Перемикач світлового пучка (3), який керувався комп'ютером, використовувався
для створення
- Київ+380960830922