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Master's Dissertation
DOI
10.11606/D.76.2000.tde-18112013-111000
Document
Author
Full name
Fabricio Macedo de Souza
Institute/School/College
Knowledge Area
Date of Defense
Published
São Carlos, 2000
Supervisor
Committee
Menezes, Jose Carlos Egues de (President)
Ioriatti Júnior, Lidério Citrângulo
Leite, Jose Roberto
Title in Portuguese
Dinâmica de plasma e fônon e emissão de radiação terahertz em superfícies de GaAs e telúrio excitadas por pulsos ultracurtos
Keywords in Portuguese
Emissão terahertz
Equação de Boltzmann
Plasma e fônon
Abstract in Portuguese
Após a excitação de uma amostra semicondutora por um pulso ultracurto, os fotoporadores interagem com a rede excitando modos longitudinais ópticos. Essa interação provoca variações no índice de refração do material, produzindo modulações na resposta óptica do meio (efeito eletro-óptico). Por outro lado, esta dinâmica origina polarizações dependentes do tempo o que gera emissão de radiação terahertz. Experimentos recentes (pump-probe) observaram modulações do campo através de medidas da refletividade resolvidas no tempo. A refletividade e o campo estão relacionados segundo o efeito eletro-óptico. Também se resolve temporalmente o campo irradiado pela amostra, através de antenas que operam na faixa de terahertz. Tanto as medidas eletro-ópticas quanto de emissão terahertz fornecem informações sobre a interação dinâmica do plasma com a rede após a excitação óptica. Nesse trabalho simulamos a interação dinâmica de plasma e fônons em n-GaAs e Telúrio ("bulk") após estes serem excitados por um pulso ultracurto. Utilizamos equações hidrodinâmicas para descrever transporte de cargas e uma equação fenomenológica de oscilador harmônico forçado, para descrever oscilações longitudinais ópticas da rede. Complementando nossa descrição temos a equação de Poisson, com a qual calculamos o campo gerado pelo plasma e pela polarização da rede semicondutora. Essas equações constituem um sistema de seis equações diferencias (quatro parciais) acopladas. Para resolvê-las utilizamos o método das diferenças finitas. Do cálculo numérico obtemos a evolução temporal do campo elétrico no interior do material. Com esse campo determinamos as freqüências de oscilação do sistema e calculamos o campo irradiado. Nossos resultados apresentam acordo qualitativo com os experimentos
Title in English
Plasma-phonon dynamics and terahertz emission in GaAs and Te Surfaces excited via ultrafast pulses
Keywords in English
Coherent phonon
Moments of the Boltzmann equation
Plasma
Terahertz emission
Abstract in English
Above-band-gap optical excitation of semiconductors generates highly non-equilibrium photocarriers which interact with phonons thus exciting vibrational modes in the system. This interaction induces refractive-index changes via the electro-optic effect. Moreover it gives rise to electromagnetic radiation at characteristic frequencies (terahertz). Both effects have been measured by time-resolved ultra fast spectroscopy. Recent pump-probe experiments have found strong modulations of the internal electric field through electro-optic measurements. The emitted electromagnetic radiation has also been detected by a terahertz dipole antenna. Both electro-optic and terahertz emission measurements provide information about the coupled dynamics of photocarriers and phonons. In this work we simulate the dynamics of plasmon-phonon coupled modes in n-GaAs and Tellurium (bulk) following ultrafast laser excitation. The time evolution of the photocarrier densities and currents is described semi classically in terms of the moments of the Boltzmann equation. Phonon effects are accounted for by considering a phenomenological driven-harmonic-oscillator equation, which is coupled to the electron-hole plasma via Poisson's equation. These equations constitute a coupled set of differential equations. We use finite differencing to solve these equations. From the numerical results for the evolution of internal fields we can calculate both the characteristic frequencies of system and its terahertz radiation spectrum. Our results are consistent with recent experimental data
 
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Publishing Date
2013-11-20
 
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