GaAs光生载流子的超快动力学过程及其分幅成像应用研究

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1、国幽中国科学院大学UniversityofChineseAcademyofSciences硕士学位论文2013年5月lIllllIMIlUlllllllllY2431581ByXuPengADissertationSubmittedtoUniversityofChineseAcademyofSciencesInpartialfulfillmentoftherequirementForthedegreeofMasterofEngineeringXi’anInstituteofOptics&PrecisionMechanics，Chines

2、eAcademyofScienceMay,2013科研道德声明秉承研究所严谨的学风与优良的科学道德，本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。论文中所引用的内容都已给予了明确的注释和致谢。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了致谢。申请学位论文与资料若有不实之处，本人承担一切相关责任。论文作者签名：一缓．毖一．日期：j翌堡．二玉乡7知识产权声明本人完全了解中科院西安光学精密机械研究所有关保护知识产权的规定，即：研究生在所攻读学位期间论文工作的知识产权单位系中科院西安光学精

3、密机械研究所。本人保证离所后，发表基于研究生工作的论文或使用本论文工作成果时必须征得产权单位的同意，同意后发表的学术论文署名单位仍然为中科院西安光学精密机械研究所。产权单位有权保留送交论文的复印件，允许论文被查阅和借阅：产权单位可以公布论文的全部或部分内容，可以采用影印、缩印或其它复制手段保存论文。(保密的论文在解密后应遵守此规定)论文作者签名：途鹏．日期：导师签名：刍垒些日期：矽B．&砑中文摘要摘要受电子学技术的限制，传统超快分幅相机的时间分辨率无法进一步降低，这限制了其在ICF上的应用。为了研制具有皮秒时间分辨率的全光固体超快诊断器

4、件，为激光核聚变靶丸后期内爆压缩过程提供高性能诊断工具，本文提出了基于光生载流子诱导折射率变化的超快诊断分幅成像系统，并从理论上分析了半导体材料GaAs在一定浓度载流子时，对不同波长探针光的折射率变化，为优化超快探测系统的强度灵敏度提供依据。这部分内容继承了大量前人的成果，但也有在已有理论知识的基础上导出的方程，这些方程此前并未在相关文献或者书籍中出现过。在这些理论推导之后，还对部分推导结果进行了仿真。仿真结果表明，当探针光光子能量小于GaAs禁带宽度时，在本文所设定的载流子浓度范围下，折射率的变化量随着光子能量的增大而增大，也随着载流

5、子浓度的增大而增大；当探针光光子能量大于GaAs禁带宽度时，随着载流子浓度的增大，折射率变化量最大的探针光波长也逐渐向短波方向漂移。实验上研究了这种基于载流子动态效应的超快探测系统的时间分辨率，采用已经相当成熟的泵浦探测技术对载流子的动态效应进行研究。实验结果表明，载流子的动态效应可以用来间接表征泵浦光的强度，且这个效应在时间上持续时间很短。这意味着，依赖于该效应的光电器件，将会有很高的时间分辨率。已有的研究和数据表明，对于适当的材料，包括电子，空穴复合在内，整体效应时间能够控制在皮秒量级，本文的实验由于泵浦噪声的缘故，效应较弱的部分无

6、法直接观测到，但对应本实验所使用的飞秒脉冲光源，载流子浓度的剧变时间在800fs左右。关键词：载流子，动力学，折射率，超快诊断，分幅相机GaAs光生载流子的超快动力学过程及其分幅成像应用研究II英文摘要ABSTRACTItisnearlyimpossibletoimprovethetimeresolutionofthetraditionalflamingcamerasanymoreforthelimitationofelectronicdevices．Inordertomakeultrafastdiagnosticdevices谢t11

7、picosecondtimeresolution，andbuildtheultra_fastdiagnosticsystembasedontherefractionindexchangeproducedbythelight-induced-carrier,thisdissertationtheoreticallystudiestherefractiveindexchangeofthesemiconductorGalliumArsenide(GaAs)，orthesensitivityoftheultrafastdetectingsyst

8、em，诫t11thechangeofthewavelengthoftheincidenceprobelightwhentheconcentrationofelectronsisgiven．Apartfrom