ВЫВОДЫ
В рамках проекта в 2014 году проведены запланированные исследования характеристик ЛСЭ и выполнен их анализ с точки зрения требований, диктуемых эффективной работой установки «накачка-зондирование». Рассмотрена возможность использования разработанных ранее оптических элементов, детекторов и визуализаторов излучения для этой установки. Показана возможность перестройки частоты излучения в процессе работы. Выполнен обзор работ по системам «накачка-зондирование». Приобретены дорогостоящие компоненты установки для работ следующего года. Предложена оптимальная оптическая схема установки «накачка-зондирование» на Новосибирском ЛСЭ. Отработана технология легирования кристаллов кремния и германия методом ядерной трансмутации (нейтронное легирование), произведено легирование образцов.
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ
Murphy J.B., Pellegrini C. Introduction to the physics of the free electron laser. Laser Handbook, vol. 6, p. 9. North-Holland, Amsterdam, 1990.
Маршалл Т.С. Лазеры на свободных электронах. - М.: Мир, 1987.
Агафонов А.В., Лебедев А.Н. Лазеры на свободных электронах. - М.: Знание, 1987.
Генераторы когерентного излучения на свободных электронах / Сб. статей под ред. А.А. Рухадзе. - М.: Мир, 1983.
Gavrilov N. G., Gorniker E. I., Kulipanov G. N., Kuptsov I. V., Kurkin G. Y., Oreshkov A. D., Petrov V. M., Pinaev I. V., Sedlyarov I. K., Skrinsky A. N., Sokolov A. S., Veshcherevich V. G., Vinokurov N. A., Vobly P. D. Project of cw race-track microtron-recuperator for free-electron lasers // IEEE Journal of Quantum Electronics. -- 1991. -- Dec. -- T. 27, № 12. -- C. 2626-2628.
Neil G. R., Bohn C. L., Benson S. V., Biallas G., Douglas D., Dylla H. F., Evans R., Fugitt J., Grippo A., Gubeli J., Hill R., Jordan K., Li R., Merminga L., Piot P., Preble J., Shinn M., Siggins T., Walker R., Yunn B. Sustained kilowatt lasing in a free-electron laser with same-cell energy recovery // Physical Review Letters. -- 2000. -- Jan 24. -- T. 84, № 4. -- C. 662-665.
Minehara E. J. Highly efficient and high-power industrial FELs driven by a compact, stand-alone and zero-boil-off superconducting RF linac // Nuclear Instruments & Methods in Physics Research Section A-Accelerators Spectrometers Detectors and Associated Equipment. -- 2002. -- May 1. -- T. 483, № 1-2. -- C. 8-13.
Antokhin E.A. et al.,. First experimental results obtained using the high-power free electron laser at the Siberian center for photochemical research // Problems of atomic science and technology. – 2004. No 1. – P. 3-5.
Antokhin E.A. et al., First lasing at the high-power free electron laser at Siberian center for photochemical research // Nuclear instruments and methods in physics research. Sec. A. – 2004. – Vol. A528, No 1/2. – P. 15. –18.
Bolotin V.P., Cherkassky V.S., Igumenov I.K., Kayran D.A., Knyazev B.A., Kolobanov E.I., Kotenkov V.V., Kubarev V.V., Kulipanov G.N., Kuryshev G.L., Matveenko A.N., Medvedev L.E., Miginsky S.V., Mironenko L.A., Oreshkov A.D., Ovchar V.K., Petrov A.K., Popik V.M., Salikova T.V., Serednyakov S.S., Skrinsky A.N., Shevchenko O.A., Scheglov M.A., Vinokurov N.A., Zaigraeva N.S. Status of the Novosibirsk free electron laser and first experiments with high power terahertz radiation. – Novosibirsk, 2004. – 21 p. (Preprint/ SBRAS, Budker inst. of nucl. Phys.; Budker INP 2004-57).
Bolotin V.P., Kayran D.A., Knyazev B.A., Kolobanov E.I., Kotenkov V.V., Kubarev V.V., Kulipanov G.N., Matveenko A.N., Medvedev L.E., Miginsky S.V., Mironenko L.A., Oreshkov A.D., Ovchar V.K., Popik V.M., Salikova T.V., Serednyakov S.S., Skrinsky A.N., Shevchenko O.A., Scheglov M.A., Vinokurov N.A., Zaigraeva N.S. Status of the Novosibirsk high power free electron laser // Conference digest of the 2004 Joint 29-th international conference on infrared and millimeter waves and 12-th international conference on terahertz electronics, Sept. 27 – Oct. 1, 2004, Karlsruhe, Germany / M.Thumm, W.Wiesbeck, eds. – Karlsruhe, 2004. – P. 55-56.
Cherkassky V.S., Knyazev B.A., Kubarev V.V., Kulipanov G.N., Kuryshev G.L., Matveenko A.N., Petrov A.K., Popik V.M., Scheglov M.A., Shevchenko O.A., Vinokurov N.A. Imaging techniques for high-power THz free electron laser // Conference digest of the 2004 Joint 29-th international conference on infrared and millimeter waves and 12-th international conference on terahertz electronics, Sept. 27 – Oct. 1, 2004, Karlsruhe, Germany / M.Thumm, W.Wiesbeck, eds. – Karlsruhe, 2004. – P. 567-568.
E. I. Kolobanov, V. V. Kotenkov, V. V. Kubarev, G. N. Kulipanov, E.V. Makashov, A. N. Matveenko, L. E. Medvedev, A. D. Oreshkov, V. K. Ovchar, K. S. Palagin , V. M. Popik, T. V. Salikova, S .S. Serednyakov, O. A. Shevchenko, M. A. Scheglov, N. A. Vinokurov, Highly sensitive fast Schottky-diode detectors in experiments on Novosibirsk free electron laser/ Proc. Joint 30th International Conference on Infrared and Millimeter Waves & 13th International Conference on Terahertz Electronics, 19-23 September 2005, Williamsburg, USA, p. 154-155.
Kubarev V.V., Kolobanov E.I., Kotenkov V.V., Kulipanov G.N., Matveenko A.N., Medvedev L.E., Ovchar V.K., Palagin K.S., Salikova T.V., Scheglov M.A. , Seredniakov S.S., Vinokurov N.A. “Light pulse structure, spectrum and coherency of Novosibirsk terahertz free electron laser”, In Proc. Intern. Conference on Free Electron Lasers FEL-2007, Novosibirsk, Russia, Aug.26-31.
Валитов Р.А. Техника субмиллиметровых волн. Издательство «Советское радио», Москва – 1969 г.
Neil G. R. Accelerator Sources for THz Science: A Review // Journal of Infrared Millimeter and Terahertz Waves. -- 2014. -- Jan. -- T. 35, № 1. -- C. 5-16.
Tadjeddine A., Peremans A., Le Rille A., Zheng W. Q., Ortega J. M., Glotin F., Prazeres R., Meyer M., Lacoursiere J., Nahon L., Gisselbrecht M., Morin P., Larzilliere M., Marsi M., Taleb-Ibrahimi A., Couprie M. E., Hara T., Garzella D. Spectroscopic techniques using synchrotron radiation and free-electron and conventional lasers // Journal of Synchrotron Radiation. -- 1998. -- May. -- T. 5. -- C. 293-298.
Redlin H., Al-Shemmary A., Azima A., Stojanovic N., Tavella F., Will I., Duesterer S. The FLASH pump-probe laser system: Setup, characterization and optical beamlines // Nuclear Instruments & Methods in Physics Research Section a-Accelerators Spectrometers Detectors and Associated Equipment. -- 2011. -- Apr 11. -- T. 635. -- C. S88-S93.
Harmand M., Murphy C. D., Brown C. R. D., Cammarata M., Doeppner T., Duesterer S., Fritz D., Foerster E., Galtier E., Gaudin J., Glenzer S. H., Goede S., Gregori G., Hilbert V., Hochhaus D., Laarmann T., Lee H. J., Lemke H., Meiwes-Broer K. H., Moinard A., Neumayer P., Przystawik A., Redlin H., Schulz M., Skruszewicz S., Tavella F., Tschentscher T., White T., Zastrau U., Toleikis S. Plasma switch as a temporal overlap tool for pump-probe experiments at FEL facilities // Journal of Instrumentation. -- 2012. -- Aug. -- T. 7.
Ulbricht R., Hendry E., Shan J., Heinz T. F., Bonn M. Carrier dynamics in semiconductors studied with time-resolved terahertz spectroscopy // Reviews of Modern Physics. -- 2011. -- Jun 3. -- T. 83, № 2. -- C. 543-586.
Bhattacharyya J., Wagner M., Zybell S., Winnerl S., Stehr D., Helm M., Schneider H. Simultaneous time and wavelength resolved spectroscopy under two-colour near infrared and terahertz excitation // Review of Scientific Instruments. -- 2011. -- Oct. -- T. 82, № 10.
Huebers H. W., Eichholz R., Pavlov S. G., Richter H. High Resolution Terahertz Spectroscopy with Quantum Cascade Lasers // Journal of Infrared Millimeter and Terahertz Waves. -- 2013. -- Jun. -- T. 34, № 5-6. -- C. 325-341.
Dessmann N., Pavlov S. G., Shastin V. N., Zhukavin R. K., Tsyplenkov V. V., Winnerl S., Mittendorff M., Abrosimov N. V., Riemann H., Huebers H. W. Time-resolved electronic capture in n-type germanium doped with antimony // Physical Review B. -- 2014. -- Jan 29. -- T. 89, № 3.
Fang L., Osipov T., Murphy B. F., Rudenko A., Rolles D., Petrovic V. S., Bostedt C., Bozek J. D., Bucksbaum P. H., Berrah N. Probing ultrafast electronic and molecular dynamics with free-electron lasers // Journal of Physics B-Atomic Molecular and Optical Physics. -- 2014. -- Jun 28. -- T. 47, № 12.
P. C. Findlay, C. R. Pidgeon, R. Kotitschke, A. Hollingworth, B. N. Murdin, C. J. G. M. Langerak, A. F. G. van der Meer, C. M. Ciesla, J. Oswald, A. Homer, G. Springholz, and G. Bauer, Phys. Rev. B 58, 12908, (1998)
N. Q. Vinh, B. Redlich, A. F. G. van der Meer, C. R. Pidgeon, P. T. Greenland, S. A. Lynch, G. Aeppli, and B. N. Murdin, Time-Resolved Dynamics of Shallow Acceptor Transitions in Silicon, PHYSICAL REVIEW X 3, 011019 (2013).
P.T. Greenland, S.A. Lynch, A.F.G. van der Meer, B.N. Murdin, C.R. Pidgeon, B. Redlich, N.Q. Vinh, G. Aeppli, Coherent control of Rydberg states in silicon, NATURE, 465, 24, p. 1057 (2010).
Canali, C. Electron drift velocity in silicon/ C. Canali, C. Jacoboni, F. Nava, G. Ottaviany, A. Alberigi-Quaranta// Phys. Rev. B.– 1975.– v. 12.– 2265
Joergensen, M.H. Electron-phonon scattering and high-field transport in n-type Si// Phys. Rev. B.– 1978.– v. 18.– P. 5657
Brunetti, R. Diffusion coefficient of electrons in silicon/ R. Brunetti, C. Jacoboni, F. Nava, L. Reggiani// J. Appl. Phys.– 1981.– v. 52.– P. 6713
Pop, E. Analytic band Monte Carlo model for electron transport in Si including acoustic and optical phonon dispersion/ E. Pop, W. Dutton и K. Goodson// J. Appl. Phys.– 2004.– v. 96, 9.– P. 4998
V. Tyuterev, J. Sjakste, N. Vast, Theoretical intrinsic lifetime limit of shallow donor states in silicon // Phys. Rev. B – 2010.– v. 81.– 245212
Jelena Sjakste, Nathalie Vast, Hariom Jani, Sergey Obukhov, and Valeriy Tyuterev, Ab initio study of the effects of pressure and strain on electron–phonon coupling in IV and III–V semiconductors, Phys. Status Solidi B 250, No. 4, 716–720 (2013)
N.Q. Vinh, P.T. Greenland, K. Litvinenko, B. Redlich, A.F.G. van der Meer, S.A. Lynch, M. Warner, A.M. Stoneham, G. Aeppli, D.J. Paul, C.R. Pidgeon, B.N. Murdin, Silicon as a model ion trap: Time domain measurements of donor Rydberg states, PNAS, August 5, vol. 105, no. 31, p. 10649–10653 (2008 ).
M. Steger, A. Yang,1 D. Karaiskaj, M. L. W. Thewalt, E. E. Haller, J. W. Ager III, M. Cardona, H. Riemann, N. V. Abrosimov, A. V. Gusev, A. D. Bulanov, A. K. Kaliteevskii, O. N. Godisov, P. Becker, and H.-J. Pohl, Shallow impurity absorption spectroscopy in isotopically enriched silicon// Phys.Rev. B.– 2009.– v. 79.– P. 205210
N.R. Butler, P. Fisher, A.K. Ramdas, Excitetion spectrum of bismuth donors in silicon, Phys. Rev. B, v.12, 3200 (1975)
A. K. Ramdas and S. Rodriguez, Spectroscopy of the solid-state analogues of the hydrogen atom : donors and acceptors in semiconductors, Rep. Prog. Phys., Vol. 44, (1981)
A. Onton, P. Fisher, A.K. Ramdas, Spectroscopic Investigation of Groap-III Acceptor States in Silicon, Phys. Rev., v. 163, 686, (1967)
C. Jagannath, Z.W. Grabowski, A.K. Ramdas, Linewidths of electronic excitation spectra of donors in silicon, Phys. Rev. B, v. 23, 2082 (1981)
C. Jagannath, A.K. Ramdas, Piezospectroscopy of isolated lithium donor and lithium-oxygen complexes in silicon, Phys. Rev. B, 23, 4426 ,(1981)
L.T. Ho, A.K. Ramdas, Excitation spectra and piezospectroscopy effects of magnesium donor in silicon, Phys. Rev. B, v. 5, 462, (1972)
T. V. Kotereva, A. V. Gusev, V. A. Gavva, and E. A. Kozyrev, Isotopic Effects in the Infrared Absorption Spectra of Electrically Active Impurities in Silicon 28, 29, and 30 with High Isotopic Enrichment, Russian Microelectronics, Vol. 42, No. 8, pp. 453–457, (2013)
B.A. Andreev, A.A. Ezhevskii, P.G. Sennikov, N.V. Abrosimov, H.-J. Pohl, Isotopic effects in photoconductivity spectrum of impurities in silicon, Physica B, 404, pp. 5057–5059, (2009)
D. Karaiskaj, J.A.H. Stotz, T. Meyer, M.L.W. Thewalt, and M. Cardona, Phys. Rev. Lett. 90, 186402, (2003).
D. Karaiskaj, T.A. Meyer, M.L.W. Thewalt, and M. Cardona, Phys. Rev. B 68, 121201(Р), (2003).
Винокуров Н.А., Жигач С.А., Князев Б.А., Кулипанов Г.Н., Мержиевский Л.А., Польских И.А., Конышева А.В., Черкасский В.С. Дифракционные оптические элементы и квазиоптические схемы для экспериментов на мощном терагерцовом лазере на свободных электронах // Известия вузов. Радиофизика. – 2007. -- №10-11, С. 885-889.
Ведерников В. М., Дутов П. М., Кокарев А. И., Кирьянов В. П., Князев Б. А., Никитин В. Г., Пальчикова И. Г., Саметов А. Р., Ступак М. Ф., Чугуй Ю. В., Чуканов В. В. Дифракционные элементы для лазера на свободных электронах // Автометрия. – 2010. -- Т. 46, №4, С. 84 – 97.
Lee A. W. M., Qin Q., Kumar S., Williams B. S., Hu Q. Real-time terahertz imaging over a standoff distance (> 25 meters) // Applied Physics Letters. -- 2006. -- Oct 2. -- T. 89, № 14.
Dem'yanenko M. A., Esaev D. G., Knyazev B. A., Kulipanov G. N., Vinokurov N. A. Imaging with a 90 frames/s microbolometer focal plane array and high-power terahertz free electron laser // Applied Physics Letters. -- 2008. -- Mar 31. -- T. 92, № 13.
Курышев Г.Л., Ковчавцев А.П., Вайнер Б.Г., Гузев А.А., Базовкин В.М., Строганов А.С., Субботин И.М., Захаров И.М., Ефимов В.М., Постников К.О., Ли И.И., Валишева Н.А., Панова З.В // Медицинский тепловизор на основе матричного ФПУ 128x128 для диапазона длин волн 2.8-3.05 мкм. Автометрия -- 1998. -- № 4, С. 5-12.
Cherkassky V. S., Knyazev B. A., Kubarev V. V., Kulipanov G. N., Kuryshev G. L., Matveenko A. N., Petrov A. K., Popik V. M., Scheglov M. A., Shevchenko O. A., Vinokurov N. A. Imaging techniques for a high-power THz free electron laser // Nuclear Instruments & Methods in Physics Research Section a-Accelerators Spectrometers Detectors and Associated Equipment. -- 2005. -- May 1. -- T. 543, № 1. -- C. 102-109.
http://www.macken.com/thermal.shtml
Knyazev B. A., Kubarev V. V. Wide-field imaging using a tunable terahertz free electron laser and a thermal image plate // Infrared Physics & Technology. -- 2009. -- Jan. -- T. 52, № 1. -- C. 14-18.
Dem'yanenko M A, Fomin B I, Ovsyuk V N, Marchishin I V, Parm I O, Vasil'ieva L L, Shashkin V V. Uncooled 160×120 microbolometer IR FPA based on sol-gel VOx. Proc. SPIE 5957 340 59571R.1-59571R.8 (2005)
Демьяненко М.А., Есаев Д.Г., Овсюк В.Н., Фомин Б.И., Асеев А.Л., Князев Б.А., Кулипанов Г.Н., Винокуров Н.А. Матричные микроболометрические приемники для инфракрасного и терагерцового диапазонов // Оптический журнал. – 2009/ -- Т. 76, №12, C. 5-11.
Chaschina O. I., Knyazev B. A., Kulipanov G. N., Vinokurov N. A. Real-time speckle metrology using terahertz free electron laser radiation // Nuclear Instruments & Methods in Physics Research Section a-Accelerators Spectrometers Detectors and Associated Equipment. -- 2009. -- May 11. -- T. 603, № 1-2. -- C. 50-51.
Винокуров Н.А., Демьяненко М.А, Есаев Д.Г., Князев Б.А., Кулипанов Г.Н., Чащина О.И., Черкасский В.С. Спекл-структура изображений объектов, освещаемых монохроматическим когерентным терагерцевым излучением // Квант. Электроника. – 2009. -- Т. 39. № 5. С. 481–486.
Hacman D. A Method for Measuring Substrate Temperatures with a Laser. –1968. – Optik. V. 28, P. 115.
Shen Y. H., Hua C. Y. USE OF LASER-BEAMS FOR MEASURING THE SUBSTRATE-TEMPERATURE IN VACUUM EVAPORATION PROCESSES // Nuclear Instruments & Methods. -- 1979. -- 1979. -- T. 167, № 1. -- C. 139-143.
Голубев М.П., Павлов А.А., Павлов Ал.А., Шиплюк А.Н. Оптический метод регистрации тепловых потоков // Прикладная механика и техническая физика. – 2003. -- Т. 44. № 4. С. 174-184.
Винокуров Н.А., Князев Б.А., Кулипанов Г.Н., Матвеенко А.Н., Попик В.М., Черкасский В.С., Щеглов М.А. Визуализация излучения мощного терагерцового лазера на свободных электронах с помощью термочувствительного интерферометра // Журнал технической физики. – 2007. -- Т. 77, № 7, С. 91-100.
Герасимов В. В., Князев Б.А., Рудыч П.Д., Черкасский В.С. Френелевское отражение в оптических элементах и детекторах для терагерцового диапазона // Препринт Института ядерной физики им. Г.И. Будкера, ИЯФ 2006-23, 2006, 32 с. Приборы и техника эксперимента. – 2007. -- №4, С. 103-108.
Born M., Wolf E. Principles of Optics. (Pergamon Press, 1964)
Knyazev B.A., Balandin A.L., Cherkassky V.S., Choporova Yu.Yu., Gerasimov V.V., Vlasenko M.G., Nikitin A.A., Pickalov V.V. Classic holography and speckle-metrology using a high-power terahertz free electron laser and real-time image detectors // 35th International Conference on Infrared, Millimeter and Terahertz waves, Rome, Italy, September 5-10, 2010.
Hu Q., IEEE. Terahertz quantum cascade lasers and video-rate THz imaging // Proceedings of Tera 2008 International Workshop THz Radiation: Basic Research and Applications. -- 2008. -- 2008. -- C. 1-2.
|
