Поглинання та релаксація енергії лазерного випромінювання в речовині (огляд)

Abstract

Детально розглядається кожен з етапів взаємодії лазерного випромінювання з поверхнею поглинаючого середовища. Спочатку аналізуються процеси, що відбуваються всередині як електронної, так і фононної підсистем, потім імпульсне лазерне збудження та релаксація електронної підсистеми. Вважається, що внутрішньозонна релаксація по енергії в електронній підсистемі в режимі високого рівня збудження відбувається за час порядку часу електрон-електронної релаксації τе-е. Внаслідок цього вся енергія лазерного імпульсу, що поглинається за час порядку τе-е , залишається всередині плазмонної підсистеми напівпровідника і термолізується. Розподіл електронів та дірок по енергіях залишається тепловим та характеризується однаковими значеннями температур електронів (Te) та дірок (Th ). При цьому Te = Th = Tc. Величина Tc залежить від концентрації nc і при nc=1021 см-³ може досягати значень порядку 10⁴К.

Each stage of interaction of laser radiation with the surface of the absorbing medium is considered in detail. First, processes occurring inside the electron and phonon subsystems are considered, then pulsed laser excitation and relaxation of the electronic subsystem. It is believed that intraband energy relaxation in the electron subsystem in the high-excitation regime occurs over a time on the order of the electron-electron relaxation time τе-е. Due to this, the entire energy of the laser pulse absorbed in a time of the order of τе-е remains inside the plasma subsystem of the semiconductor and is thermalized. The energy distribution of electrons and holes remains thermal and is characterized by identical electron (Te) and hole (Th) temperatures. Wherein Te=Th=Tc. The latter value of Tc depends on the concentration of nc and at nc = 1021 cm-³ can reach values of the order of 10⁴ K.

Подробно рассматривается каждый из этапов взаимодействия лазерного излучения с поверхностью поглощающей среды. Сначала рассматриваются процессы, происходящие внутри как электронной, так и фононной подсистем, затем импульсное лазерное возбуждение и релаксацию электронной подсистемы. Считается, что внутризонная релаксация по энергии в электронной подсистеме в режиме высокого уровня возбуждения происходит за время порядка времени электрон-электронной релаксации τе-е. Благодаря этому вся энергия лазерного импульса, поглощаемая за время порядка τе-е, остается внутри плазменного подсистемы полупроводника и термолизуется. Распределение электронов и дырок по энергиям остается тепловым и характеризуется одинаковыми значениями температур электронов (Te) и дырок (Th). При этом Te=Th=Tc. Величина Tc зависит от концентрации nc и при nc = 1021 см-³ может достигать значений порядка 10⁴ К.