Spis wykonanych pomiarów mocy

Załącznik nr 8
do sprawozdania merytorycznego z realizacji projektu badawczego
Szybka nieliniowość fotorefrakcyjna w światłowodach półprzewodnikowych
do zastosowań w elementach optoelektroniki zintegrowanej i telekomunikacji
optycznej
Nr UMO-2011/01/B/ST7/06234
Wpływ temperatury na widmo absorpcji w strukturach
falowodowych fotorefrakcyjnych wielokrotnych studniach
kwantowych
Wykonawcy:
mgr inż. Eliza Miśkiewicz
dr inż. Andrzej Ziółkowski
mgr. Inż. Błażej Jabłoński
Szczecin 2015
1
1. Wstęp
Pomiary wpływu temperatury na widmo absorpcyjne w strukturach fotorefrakcyjnych
wielokrotnych studni kwantowych zostały wykonane z wykorzystaniem kamery
termowizyjnej FLIR A325. Kamera ta składa się z matrycy CCD o czułości termalnej
oraz częstotliwością próbkowania 60 Hz. Sygnał z kamery termowizyjnej był w
przesyłany do komputera z dedykowanym oprogramowaniem w calu analizy wpływu zmian
temperatury.
2. Schemat układu pomiarowego
Kamera termowizyjna umieszczona była w układzie laboratoryjnym nad badaną strukturą.
Rys. 2. Schemat układu do pomiaru temperatury:
PF0 – półfalówka, KP – kostka polaryzacyjna, PD1 płytka światło dzieląca,
S1 i S2 – soczewki sferyczne, P1 – polaryzator, BE – beam expander, D – diafragma,
Sc1 i Sc2 – soczewki cylindryczne, OM1 i OM2 – obiektywy mikroskopowe, CCD – detektor
optyczny z matrycą CCD
1
Załącznik 1 – karta katalogowa kamery termowizyjnej FLIR A325
2
3. Przeprowadzone pomiary
Podczas pomiarów rejestrowano zmiany temperatury falowodowej struktury MQW
z oświetloną warstwą prowadzącą (wiązka sygnałowa wprowadzona do falowodu)
po przyłożeniu napięcia zewnętrznego z zakresu 100V do 700V. Pomiary wykonano dla dwóch
wartości mocy optycznej wiązki propagującej się w falowodzie, mierzonych na jego wyjściu,
odpowiednio 0,2 µW i 0,5 µW.
Rys. 3. Zależność zmiany temperatury w funkcji czasu dla wyjściowej mocy optycznej P0 = 0,5
W oraz wartości zewnętrznego pola elektrycznego U = 700V
Rys.
4
Zdjęcia
rozkładu
temperatury
wykonane
przy
pomocy kamery termowizyjnej.
Napięcie zasilające U = 700V,
Moc wyjściowa wiązki P0 = 0,5
W. Po lewej skala barwna
temperatury.
3
Wpływ prądu płynącego przez strukturę dla skokowo włączonego zewnętrznego pola
elektrycznego na zamianę temperatury próbki.
Rys. 5. Zależność prądu oraz temperatury w funkcji czasu dla pola elektrycznego włączonego
skokowo w chwili t=0. Napięcie zasilające U = 700V, moc wyjściowa wiązki P0 = 0,5 W.
Obserwujemy, że dla przyłożonego do struktury zewnętrznego pola elektrycznego U = 700V
oraz mocy wyjściowej P0 = 0,5 W przy U = 0, prąd płynący osiąga wartość maksymalną w
chwili początkowej
stabilizacji
do wartości
, następnie obniża się i po czasie
.Wartość temperatury podczas pomiaru
osiąga poziom
wzrasta z poziomu
.
Stosunek
.
Rys. 6. Zależność prądu oraz temperatury w funkcji czasu dla skokowo włączonego pola
elektrycznego. Napięcie zasilające U = 700V, moc wyjściowa wiązki P0 = 0,2 W.
4
Dla mniejszej mocy optycznej P0 = 0,2 W , obserwujemy, że prąd płynący osiąga wartość
maksymalną w chwili początkowej
osiąga poziom stabilizacji
poziomu
Stosunek
, następnie obniża się i po czasie
. Wartość temperatury podczas pomiaru wzrasta z
do wartości
.
.
Kolejne pomiary miały na celu określenie wartości ustabilizowanego prądu
przyłożonego pola elektrycznego dla różnych mocy wyjściowej wiązki.
w funkcji
Rys. 7. Zależność ustabilizowanego prądu w funkcji pola elektrycznego dla różnych wartości
wyjściowych mocy optycznych.
Obserwujemy, że zmiana wartości prądu płynącego przez strukturę w funkcji pola
elektrycznego maleje wraz ze wzrostem wartości pola. Dla dużych wartości mocy wyjściowej
widać, że zmiany wartości płynącego prądu są większe, niż dla wartości mniejszych.
Poniżej zostały przedstawione wyniki pomiaru stosunku mocy wyjściowej P0 bez przyłożonego
zewnętrznego pola do mocy wyjściowej P po przyłożeniu zewnętrznego pola elektrycznego.
5
Rys. 8. Zależność mocy wyjściowej P0 bez przyłożonego zewnętrznego pola do mocy
wyjściowej P po przyłożeniu zewnętrznego pola elektrycznego dla różnych wartości
mocy optycznej.
Poniżej zostało przedstawione widmo absorpcji dla struktury falowodu w temperaturze
pokojowej (linia czerwona) oraz w strukturze ogrzanej za pomocą gorącego powietrza.
Rys. 9. Widmo absorpcji w funkcji długości fali dla struktury falowodowej
w temperaturze pokojowej oraz ogrzanej za pomocą gorącego powietrza.
Widać, że dla struktury ogrzanej gorącym powietrzem wartość absorpcji w całym zakresie
długości fal pozostaje stała, znikają również rezonanse ekscytonowe.
6