![Page 1: I.N.A.O.E. Nolinealidades en Semiconductores Zulema Navarrete Meza Óptica No Lineal Profesor: Dr. Carlos G. Treviño Palacios Viernes; Julio 09, 2004](https://reader033.vdocuments.net/reader033/viewer/2022042623/550023e44a7959ca428b61e6/html5/thumbnails/1.jpg)
I.N.A.O.E.
Nolinealidades en Semiconductores
Zulema Navarrete Meza
Óptica No Lineal
Profesor: Dr. Carlos G. Treviño Palacios
Viernes; Julio 09, 2004
![Page 2: I.N.A.O.E. Nolinealidades en Semiconductores Zulema Navarrete Meza Óptica No Lineal Profesor: Dr. Carlos G. Treviño Palacios Viernes; Julio 09, 2004](https://reader033.vdocuments.net/reader033/viewer/2022042623/550023e44a7959ca428b61e6/html5/thumbnails/2.jpg)
ORGANIZACIÓN Introducción
Breve repaso de semiconductores
Efectos de Alta Excitación y Óptica No Lineal
Aplicaciones
Conclusiones
Bibliografía y Consulta
![Page 3: I.N.A.O.E. Nolinealidades en Semiconductores Zulema Navarrete Meza Óptica No Lineal Profesor: Dr. Carlos G. Treviño Palacios Viernes; Julio 09, 2004](https://reader033.vdocuments.net/reader033/viewer/2022042623/550023e44a7959ca428b61e6/html5/thumbnails/3.jpg)
Introducción
Las nolinealidades ópticas de los semiconductores son consecuencia de multi-partículas o de efectos de renormalización que ocurren bajo alta excitación.
Existen dos contribuciones principales debido a la absorción no lineal (Im(3)): absorción de dos fotones (TPA) y efecto Stark óptico.
Las aplicaciones principales surgen de la biestabilidad óptica de los dispositivos semiconductores, principalmente: ”Computación óptica” y dinámica no lineal (sistemas sinergéticos)
![Page 4: I.N.A.O.E. Nolinealidades en Semiconductores Zulema Navarrete Meza Óptica No Lineal Profesor: Dr. Carlos G. Treviño Palacios Viernes; Julio 09, 2004](https://reader033.vdocuments.net/reader033/viewer/2022042623/550023e44a7959ca428b61e6/html5/thumbnails/4.jpg)
Breve repaso de semiconductores
![Page 5: I.N.A.O.E. Nolinealidades en Semiconductores Zulema Navarrete Meza Óptica No Lineal Profesor: Dr. Carlos G. Treviño Palacios Viernes; Julio 09, 2004](https://reader033.vdocuments.net/reader033/viewer/2022042623/550023e44a7959ca428b61e6/html5/thumbnails/5.jpg)
En los procesos de segundo y tercer orden ((2), (3)) deben conservarse el momento y la energía entre los estados inicial y final.
Los fenómenos ópticos nolineales involucran modificaciones de propiedades ópticas por especies excitadas en forma incoherente o real, e.g., pares electrón-hueco, excitones, o fonones.
Esas especies tienen tiempos de vida finitos T1 que pueden ser del orden de ns a ms, por esto sus densidades N no siguen de manera instantánea el campo de luz incidente aunque dependen del rango de generación medida por una función decayente de manera exponencial; entonces se tiene:
Efectos de Alta Excitación y Óptica No Lineal
Eχ(ω,N)Pεo
1
t Ttt dtetGtN ')'()( 1/)'(
)'()'()'( 2 tItItG con y
![Page 6: I.N.A.O.E. Nolinealidades en Semiconductores Zulema Navarrete Meza Óptica No Lineal Profesor: Dr. Carlos G. Treviño Palacios Viernes; Julio 09, 2004](https://reader033.vdocuments.net/reader033/viewer/2022042623/550023e44a7959ca428b61e6/html5/thumbnails/6.jpg)
Las nolinealidades ópticas son aún llamadas efectos de alta excitación, de alta densidad o de multi-partículas, debido a que las nolinealidades ópticas pueden observarse bajo alta excitación (especialmente con luz láser), estas son debidas a la interacción entre esas partículas.
Los cambios de las propiedades ópticas bajo fuerte iluminación son también conocidos como efectos de renormalización.
… Efectos de Alta Excitación y Óptica No Lineal
![Page 7: I.N.A.O.E. Nolinealidades en Semiconductores Zulema Navarrete Meza Óptica No Lineal Profesor: Dr. Carlos G. Treviño Palacios Viernes; Julio 09, 2004](https://reader033.vdocuments.net/reader033/viewer/2022042623/550023e44a7959ca428b61e6/html5/thumbnails/7.jpg)
… Efectos de Alta Excitación y Óptica No Lineal
Índice de Refracción
- las contribuciones principales
y
-transiciones banda-banda
- transiciones de excitones o
20 /)n/2(dN/dn o
2o /n/2n
=: momento dipolar eléctrico, o=: frecuencia de transición centralY para compuestos semiconductores: JT10x3 2117
J(2hw)=: función de resonancia adimensional
)N(nn ó n I N .
![Page 8: I.N.A.O.E. Nolinealidades en Semiconductores Zulema Navarrete Meza Óptica No Lineal Profesor: Dr. Carlos G. Treviño Palacios Viernes; Julio 09, 2004](https://reader033.vdocuments.net/reader033/viewer/2022042623/550023e44a7959ca428b61e6/html5/thumbnails/8.jpg)
… Efectos de Alta Excitación y Optica No Lineal
Escenario general (multi-partículas en el sist pares e-h):
13 cpBna
- esparcimiento ineslástico
- ensanchamiento colisional de resonancias
- nuevas bandas luminiscentes
- aumento de absorción inducida, o a amplificación óptica
- transisición excitón a biexcitón
- efecto Stark óptico o de ac
- nolinealidades fototérmicas- densidad crítica npc
- radio de Bohr aB
- Plasma Electrón-Hueco EHP
- propiedades ópticas determinadas por pares e-h
- formación de BEC
![Page 9: I.N.A.O.E. Nolinealidades en Semiconductores Zulema Navarrete Meza Óptica No Lineal Profesor: Dr. Carlos G. Treviño Palacios Viernes; Julio 09, 2004](https://reader033.vdocuments.net/reader033/viewer/2022042623/550023e44a7959ca428b61e6/html5/thumbnails/9.jpg)
… Efectos de Alta Excitación y Óptica No Lineal
• Ge ([T1]=ms ) lámpara incandescente
• CuCl potencias de bombeo de GW/cm2 aplicadas por unos cuantos ps
• Haluros de cobre modelados para fenómenos biexcitónicos
• Compuestos II-VI posición intermedia
EHP bien observado en materiales de brecha indirecta debido a los largos tiempos de vida de los portadores de carga, e.g., Ge
EHP mejor observado en materiales de brecha directa con grandes radios de Bohr excitónicos, e.g., GaAs
![Page 10: I.N.A.O.E. Nolinealidades en Semiconductores Zulema Navarrete Meza Óptica No Lineal Profesor: Dr. Carlos G. Treviño Palacios Viernes; Julio 09, 2004](https://reader033.vdocuments.net/reader033/viewer/2022042623/550023e44a7959ca428b61e6/html5/thumbnails/10.jpg)
… Efectos de Alta Excitación y Óptica No Lineal
TPA (Two-Photon Absorption)
Im{k} 0 lejos de resonancia del excitón
+ transición biexcitón pico en Im{k} a
con una fuerza de oscilador que aumenta con
hwexc, efecto óptico no lineal
exc
abs
![Page 11: I.N.A.O.E. Nolinealidades en Semiconductores Zulema Navarrete Meza Óptica No Lineal Profesor: Dr. Carlos G. Treviño Palacios Viernes; Julio 09, 2004](https://reader033.vdocuments.net/reader033/viewer/2022042623/550023e44a7959ca428b61e6/html5/thumbnails/11.jpg)
… Efectos de Alta Excitación y Óptica No Lineal
Efecto Stark Óptico o de AC
ESO:
- proceso coherente
- corrimiento de la resonancia de excitón causado por el E de la luz incidente
- debido a la repulsión de niveles cercanamente energéticos
![Page 12: I.N.A.O.E. Nolinealidades en Semiconductores Zulema Navarrete Meza Óptica No Lineal Profesor: Dr. Carlos G. Treviño Palacios Viernes; Julio 09, 2004](https://reader033.vdocuments.net/reader033/viewer/2022042623/550023e44a7959ca428b61e6/html5/thumbnails/12.jpg)
… Efectos de Alta Excitación y Óptica No Lineal
EHP en Semiconductores de Brecha Directa
Corrimiento en la absorción de borde en CdS, CdSe, y
CdS1-xSex bajo alta excitación como función de la temperatura
![Page 13: I.N.A.O.E. Nolinealidades en Semiconductores Zulema Navarrete Meza Óptica No Lineal Profesor: Dr. Carlos G. Treviño Palacios Viernes; Julio 09, 2004](https://reader033.vdocuments.net/reader033/viewer/2022042623/550023e44a7959ca428b61e6/html5/thumbnails/13.jpg)
Aplicaciones: Biestabilidad Óptica
Interés en semiconductores
Aplicaciones presentes diodos, transistores, tiristores
Importancia en manejo de datos y procesamiento:
Ingredientes esenciales
Aplicaciones
- belleza física
- aplicaciones en tecnología
- transmisión de señales ópticas
- “computación óptica”
- memorias ópticamente biestables
- switches
- moduladores
- “computación óptica”
- dinámica no lineal o sistemas sinergéticos
![Page 14: I.N.A.O.E. Nolinealidades en Semiconductores Zulema Navarrete Meza Óptica No Lineal Profesor: Dr. Carlos G. Treviño Palacios Viernes; Julio 09, 2004](https://reader033.vdocuments.net/reader033/viewer/2022042623/550023e44a7959ca428b61e6/html5/thumbnails/14.jpg)
... Aplicaciones: Biestabilidad Óptica
Computación Óptica
Biestabilidad óptica de algunos elementos
![Page 15: I.N.A.O.E. Nolinealidades en Semiconductores Zulema Navarrete Meza Óptica No Lineal Profesor: Dr. Carlos G. Treviño Palacios Viernes; Julio 09, 2004](https://reader033.vdocuments.net/reader033/viewer/2022042623/550023e44a7959ca428b61e6/html5/thumbnails/15.jpg)
... Aplicaciones: Biestabilidad Óptica
Computación Óptica
Ventajas
Desventajas
- más eficiencia que computadoras electrónicas
- masivo manejo de datos en paralelo- amplificación de señales ópticas a altas difícil
- velocidad y consumo de potencia de switches
![Page 16: I.N.A.O.E. Nolinealidades en Semiconductores Zulema Navarrete Meza Óptica No Lineal Profesor: Dr. Carlos G. Treviño Palacios Viernes; Julio 09, 2004](https://reader033.vdocuments.net/reader033/viewer/2022042623/550023e44a7959ca428b61e6/html5/thumbnails/16.jpg)
Conclusiones
Las opciones más viables son los sistemas híbridos mezcla de componentes ópticos y electrónicos.
Lo que queda es seguir estudiando las propiedades ópticas de los semiconductores y buscar nuevas alternativas para para el desarrollo de componentes todo ópticos.
Todas las cuasipartículas manejadas aquí no son exclusivas de los semiconductores, también están presentes en el resto de los materiales.
![Page 17: I.N.A.O.E. Nolinealidades en Semiconductores Zulema Navarrete Meza Óptica No Lineal Profesor: Dr. Carlos G. Treviño Palacios Viernes; Julio 09, 2004](https://reader033.vdocuments.net/reader033/viewer/2022042623/550023e44a7959ca428b61e6/html5/thumbnails/17.jpg)
Bibliografía y Consulta Semiconductor Optics; C.F. KLINGSHIRN.
Ed. Springer; Alemania, 1997.
Optical Nonlinearities and Instabilities in Semiconductors; Hartmut HAUG. Ed. Academic Press; E.U.A., 1988.
www.elec.gla.ac.uk/ groups/opto/
Solid State Electronic devices; Ben G. STREETMAN. Ed. Prentice Hall; E.U.A., 1980.
The nonlinear optics of semiconductor lasers, N.G.BASOV. Nova Science Publishing;
vol.166; E.U.A., 1987
![Page 18: I.N.A.O.E. Nolinealidades en Semiconductores Zulema Navarrete Meza Óptica No Lineal Profesor: Dr. Carlos G. Treviño Palacios Viernes; Julio 09, 2004](https://reader033.vdocuments.net/reader033/viewer/2022042623/550023e44a7959ca428b61e6/html5/thumbnails/18.jpg)