硅中场致光整流效应的研究

在本篇研究论文中，韩焕鹏和张晓婷探讨了硅中场致光整流效应的原理及其应用。光整流效应是一种非线性光学效应，它指的是在特定条件下，非线性介质在光照射下产生直流电或低频电流的现象。该效应是物理学和光学领域的重要研究课题，具有广泛的应用前景。 光整流效应的产生与发展。1962年，Armstrong等人首次理论预见到光整流效应，同年，Bass等人在实验上首次观察到该现象。他们利用特定的晶体材料，如KDP（磷酸二氢钾）和KD*P（磷酸二氢氘钾），通过在晶体表面安装电极，并使用红宝石激光器照射，成功测量到了直流电压。随后，该效应的研究不断深入，人们开始探索其在不同频率上的表现，并发现光整流效应不仅限于电光效应，还包括热释电效应和激发态偶极子效应等。 光整流效应的物理机制比较复杂，涉及到晶体的对称性和内建电场。例如，在掺铜的LiTaO3晶体中，通过热释电效应和激发态偶极子效应测量的皮秒脉冲光整流信号，显示出比反电光效应更强的信号强度。而Auston等人在1972年对这一现象提出了数学模型来描述。 光整流效应的应用前景广阔。它可以在高速光探测和超短电脉冲产生方面有所应用。例如，通过相位匹配方法，可以增强特定频率分量的信号，从而产生毫米波和远红外波。在1990年代，人们开始关注皮秒以及亚皮秒远红外瞬态光整流的产生和探测，通过非线性电极化过程，可以在强脉冲光的照射和峰值电场作用下产生THz辐射。Jacob在1994年结合半导体的能带结构和电子轨道理论，提出了关于光整流信号和THz辐射的理论。 光整流效应的研究并不局限于THz辐射，还在包括量子信息、非线性光学以及表面科学等多个领域都有广泛的研究。例如，2002年Kadlec等人首次探测到了金属表面由光整流引起的THz辐射，这一发现为研究金属表面非线性现象开辟了新途径，也促进了THz发射器的开发。 此外，光整流效应还在半导体材料的研究中扮演着重要角色。韩焕鹏和张晓婷的研究通过实验观察硅(Si)和铝(Al)之间的肖特基势垒在光照下的行为，发现光生电压与光波偏振方向和晶向的变化关系呈现出各向异性规律。这表明，硅中内建电场的存在破坏了晶体对称性，从而导致了二阶非线性效应的光整流。光整流产生的直流电场与内建电场相互作用的结果。 光整流效应是一个复杂的物理现象，它不仅涉及光学、材料科学，还与电子学、物理学等多个领域密切相关。它所展现出的独特性质以及应用潜力使其成为了科研人员重点研究的方向之一。通过对光整流效应的深入研究，未来有望在光电探测器、THz辐射源、量子信息处理等高新技术领域取得突破性进展。