РАЗДЕЛ 2
ПРОСТРАНСТВЕННО-ВРЕМЕННЫЕ ПРЕОБРАЗОВАНИЯ ЛАЗЕРНЫХ ПУЧКОВ В ПЛЕНКАХ As2S3–Ag
Как показано в подразделе 1.8, в нелинейной оптике значительное внимание
уделяется исследованиям пространственно-временных преобразований лазерных
пучков, которые возникают при их взаимодействии с нелинейными средами. Подобные
явления имеют место и при индуцировании ПС в тонких фоточувствительных пленках.
Однако, эволюционные процессы и процессы неустойчивостей при развитии ПС
волноводной природы находятся лишь в начальной стадии изучения. Данные по таким
явлениям в пленках As2S3–Ag до выполнения настоящей работы вообще
отсутствовали. Поскольку физико-химические свойства пленок As2S3–Ag отличаются
от традиционно исследуемых пленок AgCl–Ag, то можно было ожидать и качественные
различия в процессах развития ПС для этих двух объектов. Результаты, полученные
нами для пленок As2S3–Ag, опубликованы в работах [71-76] и излагаются в
подразделах настоящего раздела.
2.1. Приготовление пленок As2S3–Ag
Тонкие пленки As2S3 приготавливались методом термического испарения химически
чистого стеклообразного сульфида мышьяка из плоского (лодочка) молибденового
испарителя в вакууме 5Ч10–5 мм рт. ст. Пленки осаждались на плоскопараллельные
стеклянные подложки при комнатной температуре. Для подложек использовались
стекла от фотопластинок с размерами примерно 5 ґ 5 ґ 0,15 см. Эти стекла имеют
оптически гладкие поверхности и показатель преломления ns = 1,515 для
l = 633 нм. Расстояние между испарителем и центром подложки, расположенной
параллельно поверхности испарителя, составляло r = 15 см. Скорость напыления не
измерялась, но режим испарения поддерживался так, чтобы температура испарителя
не сильно превышала температуру плавления испаряемого вещества. Толщина h
приготавливаемой пленки задавалась массой M испаренного As2S3 и расчитывалась
по известной формуле [77]:
, (2.1)
где r? – плотность (для As2S3 r = 3,4 г/см 3); g – угол, под которым
молекулярный пучок падает на подложку. Для указанной выше геометрии напыления
максимальный угол g » 11° и при расчете h по (2.1) можно принять cos g = 1. На
приготовленную пленку As2S3 затем напылялась тонкая пленка серебра, толщина
которой составляла » 10 нм для всех образцов As2S3–Ag. При необходимости,
толщины уже готовых пленок измерялись интерферометрическим методом линий
равного хроматического порядка [78]. Измерение толщины пленки As2S3–Ag можно
также выполнить по дифракционным измерениям сформированных в них ПС, о чем
будет сказано ниже.
Напыление пленок As2S3 можно было производить в вакуумной камере, которая была
"загрязнена" из-за параллельных многократных напылений в ней пленок AgCl.
"Загрязнение" состояло в том, что при термическом испарении AgCl частично
разлагается. Выделяющийся при этом хлор адсорбируется на деталях камеры и
неизбежно присутствует в остаточных газах при последующих ее откачках. При
напылениях других веществ в такой камере хлор может попадать в конденсируемую
пленку. Мы не исследовали состав остаточных газов и концентрацию хлора в
конденсатах. Однако, наличие хлора в "загрязненной" камере надежно
устанавливается при напылениях в ней алюминиевых зеркал. Зеркало, осажденное на
стеклянную подложку, не испытывает каких-либо видимых изменений, пока оно
остается в откачанной камере. Однако, при вынесении на воздух зеркало начинает
довольно быстро разрушаться (рис. 2.1). Причина заключается в том, что Al
зеркало с растворенным в нем хлором разрушается в присутствии атмосферной влаги
из-за образования расплывающихся кристаллов AlCl3Ч6H2O или Al(ClO3)3Ч6H2O [79].
Al зеркало, будучи хорошим индикатором, позволяет обнаружить хлор и в пленках
As2S3, As2S3–Ag. Если эти пленки, приготовленные в "загрязненной" камере,
перенести в "чистую" и напылить на них Al, то после вынесения на воздух зеркало
также разрушается. В то же время, если пленка сульфида мышьяка приготовлена в
"чистой" камере и там же покрыта Al, то зеркало не разрушается. Эти опыты
показывают, что в пленках As2S3, приготовленных в "загрязненной" камере,
действительно присутствует хлор. Примесь хлора сохраняется и в пленках As2S3–Ag
независимо от того, в какой камере напылялась тонкая пленка Ag.
Предварительные опыты показали, что в пленках As2S3–Ag, приготовленных в
"чистой" камере, нелинейные эффекты, связанные с развитием ПС, являются
случайными, плохо воспроизводятся, а часто вообще не возникают. В то же время,
в образцах, содержащих хлор, ПС образуются всегда и представленные ниже
результаты получены именно для таких образцов. Можно дать качественное
объяснение этому факту. Для развития ПС необходимым условием является слабое
затухание волноводных мод, при возбуждении которых образуются ПС. Как
отмечалось в подразделе 1.2 обзора, при фотолегировании As2S3 серебром
возникают новые соединения, в том числе поглощающие включения Ag2S. Хлор
обладает большей химической активностью по сравнению с серой по причине
большего сродства к электрону (3,614 эВ для Cl и 2,077 эВ для S [79]) и при
наличии его в As2S3 должен создавать эффективные ловушки для фотоэлектронов,
влиять на характер и скорость фотохимических и структурных превращений в
облучаемом образце. Примесь хлора должна способствовать образованию прозрачных
микрокристаллов AgCl и прозрачных жидких включений AsCl3 или AsCl5, что снижает
коэффициент затухания волноводных мод. В пользу образования соединений AgCl,
AsCl3
Рис. 2.1. Картина промежуточного этапа разрушения пленки Al, нанесенной на
As2S3(Cl); увеличение 600х. Темные участки – области быстрого разрушения.
по сравнению с Ag2S свидетель