Holmiyum katkılı indiyum selen tek kristalinin ve amorf yapıdaki ince filmlerinin çizgisel olmayan soğurma özellikleri

Abstract

Bu tez çalışmasında, tabakalı III-VI yarıiletken ailesinden farklı oranlarda holmiyum katkılarıyla katkılandırılmış İndiyum Selen (InSe:Ho) kristallerinin çizgisel olmayan soğurma özelikleri açık yarık z-tarama deney yöntemi kullanılarak incelenmiştir. Açık yarık z-tarama deneyi 4 ns ve 65 ps atma süresine sahip iki lazer kaynağı kullanılarak yapılmıştır. Daha sonra 48 nm, 58 nm, 70 nm ve 80 nm kalınlıklarında indiyum selen amorf yarıiletken ince filmleri ve 48 nm ve 58 nm kalınlıklarında farklı katkı oranlarında holmiyum katkılandırılmış indiyum selen amorf yarıiletken ince filmleri vakum altında ısısal buharlaştırma yöntemi kullanılarak büyütülmüştür. Büyütülen bu ince filmlerin çizgisel olmayan soğurma özellikleri 65 ps atma süreli lazer kaynağıyla incelenmiştir. Ayrıca çizgisel olmayan soğurma davranışının bağlı olduğu, elektronların uyarılmış durumda kalma süreleri ultra hızlı pompa-gözlem spektroskopi (pump-probe) yöntemiyle belirlenmiştir.65 ps atmalı lazer sistemiyle incelenen 194 µm ve 70 µm kalınlıklarındaki InSe:Ho kristalleri düşük şiddetlerde doyurulabilir soğurma özelliği gösterirken daha yüksek şiddetlerde çizgisel olmayan soğurma özelliği göstermektedirler. Amorf yapıdaki InSe filmlerinden ince olanlar (48 nm ve 58nm) doyurulabilir soğurma özelliği gösterirken, daha kalın (70nm ve 80nm) olanlar ise çizgisel olmayan soğurma özelliği göstermektedirler. 48 nm kalınlığındaki InSe:Ho filmleri bütün katkı oranlarında doyurulabilir soğurma özelliği göstermektedir. 58 nm kalınlığındaki InSe filmi doyurulabilir soğurma özelliği gösterirken, aynı kalınlıktaki InSe:Ho filmleri bütün katkı oranlarında çizgisel olmayan soğurma özelliği göstermektedir. Gözlenen çizgisel olmayan ve doyurulabilir soğurma davranışları yasak enerji aralığındaki lokalize kusur seviyelerinin yoğunluğu ile açıklanmıştır.

Nonlinear optical properties of holmium doped indium selenide crystals with different holmium doping ratio were investigated. Open aperture z-scan experiments were performed by using two different laser sources with 4 ns and 65 ps pulse durations. Amorphous InSe thin films with 48nm, 58nm, 70nm, 80 nm thicknesses and amorphous InSe: Ho thin films at different holmium concentrations with 48 nm and 58 nm thicknesses were deposited by using thermal evaporation method. Nonlinear absorption properties of these films have been investigated and compared by using laser source with 65 ps pulse duration. Besides, the lifetime of excited electrons effecting nonlinear absorption behavior was determined by using ultrafast spectroscopy ( pump-probe ) technique. InSe:Ho crystals, which have been investigated by using laser source with 65 ps pulse duration showed saturable absorption at low input intensities. However, nonlinear absorption became dominant at higher input intensities. When thinner (48nm and 58 nm ) InSe thin films showed saturable absorption, thicker ( 70 nm and 80 nm ) InSe thin film showed nonlinear absorption due to increased number of localized defect states with increasing film thickness in the band gap. 48 nm InSe:Ho thin films doped with different holmium concentration showed saturable absorption. However, 58 nm InSe:Ho thin films showed nonlinear absorption. While 58 nm InSe thin film showed saturable absorption, 58 nm InSe:Ho thin films showed nonlinear absorption due to increased doping states in the band gap with the effect of doping.