Исследование неравновесных состояний примесных центров в полупроводниках с

Исследование неравновесных состояний примесных центров в полупроводниках с помощью лазеров на свободных электронах В. Н. Шастин Семинар проводиться по теме проекта, поддержанного Минобрнауки РФ ( соглашение о субсидии № 14. 616. 21. 0008)

Краткая история ЛСЭ / FEL Описан эффект Капицы-Дирака – вынужденное комптоновское рассеяние, происходящее вследствие группировки электронов в поле стоячей электромагнитной волны. П. Л. Капица и П. А. М. Дирак (1933) Предложены устройства, в которых электроны летят по периодически искривленной траектории и интенсивно излучают. Рассчитаны параметры этого излучения – спектральные свойства и угловая направленность. В. Л. Гинзбург (1947, для регистрации космических лучей) Построена магнитная система, и названа "ондулятором" и поставлена на электронный пучок линейного ускорителя. Измерены параметры излучения и Экспериментально показано, что электроны в такой системе могут интенсивно излучать. Г. Моц (50 -е гг) Построен генератор сантиметрового диапазона длин волн. Электроны проходили через ондулятор, но электронный пучок имел довольно низкую энергию. Р. Н. Филлипс (1960) Построен сверхпроводящий ондулятор. Использован очень хороший пучок из сверхпроводящего высокочастотного ускорителя и продемонстрировали усиление и генерацию электромагнитного излучения на трех микронах. Группа Д. Мэйди (1976) Linac Coherent Light Source for X-ray. Stanford Linear Accelerator Center (2009)

ЛСЭ – основная идея

ЛСЭ – энергии и частоты

ЛСЭ – география FREE ELECTRON LASERS LOCATION NAME WAVELENGTHS TYPE RIKEN (Japan) SACLA FEL 0. 63 - 3 Å Linac SLAC-SSRL (USA) LCLS FEL 1. 2 - 15 Å Linac DESY (Germany) FLASH FEL 4. 1 - 45 nm SC Linac ELETTRA Trieste, Italy FERMI 4 - 100 nm Linac SDL(NSLS) Brookhaven (USA) HGHG FEL 193 nm Linac i. FEL (Japan) FEL 1 -5 230 nm - 1. 2 µm 1 -100 µm linac Univ. of Hawaii (USA) MK-V 1. 7 - 9. 1 µm linac Radboud University (Netherlands) FLARE FELIX 1 FELIX 2 327 - 420 µm 3. 1 - 35 µm 25 - 250 µm linac LURE – Orsay (France) CLIO 3 - 150 µm linac Jefferson Lab VA (USA) 3. 2 - 4. 8 µm 363 - 438 nm SC-linac Science Univ. of Tokyo (Japan) FEL-SUT 5 - 16 µm linac 4 -22 µm

ЛСЭ – география FREE ELECTRON LASERS LOCATION NAME WAVELENGTS TYPE UCSB CA (USA) FIR-FEL MM-FEL 30 µ-FEL 63 - 340 µm - 2. 5 mm 30 - 63 µm electrostatic LANL NM (USA) AFEL RAFEL 4 - 8 µm 16 µm linac Darmstadt Univ. (Germany) IR-FEL 6. 6 - 7. 8 µm SC-linac IHEP (China) Beijing FEL 5 - 25 µm linac CEA – Bruyeres (France) ELSA 18 -24 µm linac ISIR – Osaka (Japan) 21 -126 µm linac JAERI (Japan) 22 µm 6 mm SC-linac induction linac Univ. of Tokyo (Japan) UT-FEL 43 µm linac ILE – Osaka (Japan) 47 µm linac LASTI (Japan) LEENA 65 - 75 µm linac KAERI (Korea) 80 - 170 µm 10 mm microtron electrostatic Budker Inst. Novosibirsk, Russia 110 - 240 µm linac Univ. of Twente (Netherlands) TEU-FEL 200 -500 µm linac Tel Aviv Univ. (Israel) 3 mm electrostatic

ЛСЭ – достоинства и недостатки – Большое перекрытие частотного диапазона (FELIX 1: 25 – 250 мкм, FELIX 2: 5 – 30 мкм – Перестройка частоты путем изменения энергии пучка (значительное изменение) и/или конфигурации магнитов (до 2 -х раз) – Большая пиковая мощность (до 100 МВт FELIX) – Импульсы пикосекундной длительности – Нестабильность интенсивности выходного излучения ~10% –Большая ширина линий (0, 4% – 7%) – Громоздкость системы – Проблема доступности

ЛСЭ – спецификация FELIX specifications wavelenght range 3 -250 µm continuous tuning range factor 3 micropulse energy 1 - 50 µJ micropulse power 0. 5 - 100 MW micropulse repetition rate 1 GHz or 25 MHz macropulse repetition rate 5 (10) Hz micropulse duration 6 - 100 optical cycles macropulse duration < 10 µs spectral bandwidth 0. 4 - 7 % polarization (linear) > 99 % 5 пс 1 нс 5 пс

ЛСЭ – Примеры использования Стимулированное излучение доноров в кремнии

ЛСЭ – Примеры использования Стимулированное излучение доноров в кремнии

ЛСЭ – Примеры использования Стимулированное излучение доноров в кремнии Спектры стимулированного ТГц излучения из Si: Sb (плотность потока накачки NL ~ 1025 см-2 с-1) при внутрицентровом возбуждении.

ЛСЭ – Примеры использования Фотонное эхо.

ЛСЭ – Фотонное эхо Time (ps)

ЛСЭ – Схема одноцветного «памп-проб» Beam splitter

ЛСЭ – «Памп-проб» Si: As continuum cont ~ 115 ps

ЛСЭ – «Памп-проб» Si: As f-LA ~ 6/400 ps

ЛСЭ – «Памп-проб» 2 p 0 = 68 ps Si: P

ЛСЭ – Насыщение поглощения Measurement of lifetime for the 2 p 0 state in Si: P by optical saturation experiments (FEL) : Geerinck et al. , Nuclear Instr. & Methods in Phys. Research A 341, 162 (1994). Is~1. 8 k. W 2 p 0~5 µsec Geerinck, Ph. D, 2 p 0~0. 6 µsec