太赫兹半导体内强场非线性吸收

强太赫兹脉冲辐射可以成为用来研究材料的低频非线性响应特性的有效手段。例如较近报道的利用峰值场强为200 kV/cm的近单周期太赫兹脉冲，来研究覆盖在InP基底上n掺杂InGaAs外延薄膜样品的自由载流子饱和吸收行为［40，41］。为此采用了开孔径Z扫描方法，让样品沿Z轴方向相对焦点位置前后扫描移动，然后测量整个光束透过率的相应变化，其实质就是反映材料吸收随入射波场强平方（“光”强）而变的特性。实验结果如图17-14（a）所示，其中圆点数据为由InGaAs薄膜样品测得，而方点数据是由无外延膜的纯InP衬底材料测得，这些数据表明，InGaAs薄膜本身对入射太赫兹辐射的吸收，随太赫兹波“光”强的增大而减小的饱和效应。图17-14（b）为当薄膜样品在Z扫描不同位置处测得的透射太赫兹场的时间波形，显示出在该实验条件下，由样品感应折射率变化引起的波形移动（相移）可以忽略。图17-14（c）是在图17-14（b）数据基础上，对场振幅波形进行平方运算再对时间积分而得出的数据（正比于脉冲能量）作为薄膜样品Z扫描位置的函数，该图与图17-14（a）相比，两者基本相同。至于材料饱和吸收的时间响应行为如图17-14（d）所示，其中给出了在不同样品位置测得的透过“光”强随时间变化的对比曲线，其中以样品远离焦点位置测出的近于水平的线为对比基准，由该图可看出，透过率的初始增加需要大约1 ps的时间，然后在达到最大透过率后，再随“光”强的减小而逐渐降低。

图17-14　用开孔径Z扫描方法测得的透过太赫兹脉冲能量的透过率随样品Z位置的变化曲线（a）（圆点为InGaAs外延层数据，方点为纯InP衬底数据）、在不同Z位置测得的透过太赫兹脉冲电场的时间波形（b）、按波场模量平方再予以时间积分求得的透过太赫兹脉冲能量与样品Z位置的关系曲线（c）以及在不同Z位置测得的样品太赫兹脉冲透过率变化的时间波形（d）［40］(www.xing528.com)

在太赫兹辐射作用下，在其他n掺杂半导体如Ge，Si以及GaAs等样品内的自载流子的饱和吸收行为，最近也有所报道［42，43］。