Disertacijos darbo tikslas buvo sukurti ir ištirti puslaidininkinius terahercinių (THz) impulsų emiterius ir detektorius, skirtus sistemoms, naudojančioms 1 μm bangos ilgio femtosekundinę lazerinę spinduliuotę. THz impulsų generavimo ir detektavimo sistema, kurios optoelektroninius puslaidininkinius komponentus aktyvuoja femtosekundiniai lazerio impulsai, yra plačiai taikoma terahercinėje laikinės srities spektroskopijoje. Tradiciškai tokiose sistemose naudojami Ti:safyre femtosekundiniai lazeriai, kurių spinduliuotės bangos ilgis yra ~800 nm. Šios sistemos nėra patogios dėl jų matmenų, nes lazeriai turi sudėtingą kelių pakopų kaupinimo sistemą. Pastaruoju metu THz impulsų generavimui vis dažniau naudojami femtosekundiniai kietakūniai ir šviesolaidiniai lazeriai, kurių spinduliuotės bangos ilgis patenka į artimosios IR spinduliuotės sritį. Tačiau šios sistemos vis dar neturi tinkamos medžiagos fotolaidiems elementams gaminti, kurie būtų žadinami 1 – 1,55 µm bangos ilgio lazeriais. Tokios medžiagos, visų pirmą, turi būti jautrios optinei spinduliuotei, o jų draustinės energijos tarpas turi atitikti žadinamos spinduliuotės fotonų energiją, be to sluoksniai turi pasižymėti didele tamsine varža bei labai trumpomis krūvininkų gyvavimo trukmėmis (~ 1 ps). Šioje disertacijoje yra pateikiami THz impulsų generavimo panaudojus puslaidininkių paviršius ir fotolaidžias antenas rezultatai, žadinant 1 µm bangos ilgio femtosekundiniais lazerio impulsais. / The aim of dissertation was to develop and explore the semiconductor material terahertz (THz) pulse emitters, for Terahertz time–domain spectroscopy (THz–TDS) systems using a 1 μm wavelength femtosecond laser radiation. THz pulse generation and detection using optoelectronic semiconductor components in THz–TDS excited by femtosecond laser pulses become these days a powerful experimental technique. Traditionally, mode-locked Ti:sapphire lasers emitting at the wavelengths ~800 nm are used. However Ti:sapphire lasers require many-stage optical pumping arrangement, the system is quite bulky and complicated. The solution could be the lasers emitting in 1 – 1.55 µm, which can be directly pumped by diode laser bars. Recently, several compact, efficient and cost-effective solid-state and fiber laser systems that generate femtosecond pulses at near-infrared wavelengths have been developed and employed for activating THz–TDS systems. The main obstacle of these systems is the lack of material with appropriate bandgap, high dark resistivity and short (~ ps) carrier lifetimes.

The aim of dissertation was to develop and explore the semiconductor material terahertz (THz) pulse emitters, for Terahertz time–domain spectroscopy (THz–TDS) systems using a 1 μm wavelength femtosecond laser radiation. THz pulse generation and detection using optoelectronic semiconductor components in THz–TDS excited by femtosecond laser pulses become these days a powerful experimental technique. Traditionally, mode-locked Ti:sapphire lasers emitting at the wavelengths ~800 nm are used. However Ti:sapphire lasers require many-stage optical pumping arrangement, the system is quite bulky and complicated. The solution could be the lasers emitting in 1 – 1.55 µm, which can be directly pumped by diode laser bars. Recently, several compact, efficient and cost-effective solid-state and fiber laser systems that generate femtosecond pulses at near-infrared wavelengths have been developed and employed for activating THz–TDS systems. The main obstacle of these systems is the lack of material with appropriate bandgap, high dark resistivity and short (~ ps) carrier lifetimes. / Disertacijos darbo tikslas buvo sukurti ir ištirti puslaidininkinius terahercinių (THz) impulsų emiterius ir detektorius, skirtus sistemoms, naudojančioms 1 μm bangos ilgio femtosekundinę lazerinę spinduliuotę. THz impulsų generavimo ir detektavimo sistema, kurios optoelektroninius puslaidininkinius komponentus aktyvuoja femtosekundiniai lazerio impulsai, yra plačiai taikoma terahercinėje laikinės srities spektroskopijoje. Tradiciškai tokiose sistemose naudojami Ti:safyre femtosekundiniai lazeriai, kurių spinduliuotės bangos ilgis yra ~800 nm. Šios sistemos nėra patogios dėl jų matmenų, nes lazeriai turi sudėtingą kelių pakopų kaupinimo sistemą. Pastaruoju metu THz impulsų generavimui vis dažniau naudojami femtosekundiniai kietakūniai ir šviesolaidiniai lazeriai, kurių spinduliuotės bangos ilgis patenka į artimosios IR spinduliuotės sritį. Tačiau šios sistemos vis dar neturi tinkamos medžiagos fotolaidiems elementams gaminti, kurie būtų žadinami 1 – 1,55 µm bangos ilgio lazeriais. Tokios medžiagos, visų pirmą, turi būti jautrios optinei spinduliuotei, o jų draustinės energijos tarpas turi atitikti žadinamos spinduliuotės fotonų energiją, be to sluoksniai turi pasižymėti didele tamsine varža bei labai trumpomis krūvininkų gyvavimo trukmėmis (~ 1 ps). Šioje disertacijoje yra pateikiami THz impulsų generavimo panaudojus puslaidininkių paviršius ir fotolaidžias antenas rezultatai, žadinant 1 µm bangos ilgio femtosekundiniais lazerio impulsais.

Submitted by Livia Mello (liviacmello@yahoo.com.br) on 2016-10-04T13:54:42Z No. of bitstreams: 1 DissARHC.pdf: 1491720 bytes, checksum: 5be10931f2f7a3b5e0c8b77f8b50f990 (MD5) / Approved for entry into archive by Marina Freitas (marinapf@ufscar.br) on 2016-10-10T14:32:17Z (GMT) No. of bitstreams: 1 DissARHC.pdf: 1491720 bytes, checksum: 5be10931f2f7a3b5e0c8b77f8b50f990 (MD5) / Approved for entry into archive by Marina Freitas (marinapf@ufscar.br) on 2016-10-10T14:32:27Z (GMT) No. of bitstreams: 1 DissARHC.pdf: 1491720 bytes, checksum: 5be10931f2f7a3b5e0c8b77f8b50f990 (MD5) / Made available in DSpace on 2016-10-10T14:32:33Z (GMT). No. of bitstreams: 1 DissARHC.pdf: 1491720 bytes, checksum: 5be10931f2f7a3b5e0c8b77f8b50f990 (MD5) Previous issue date: 2015-08-04 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) / In order to investigate optical and spin properties of GaBiAs / GaAs quantum wells, we performed both photoluminescence and magneto-photoluminescence spectroscopy measurements in three samples: 10 nm quantum wells with Bi concentrations of 1%, 2% and 3%. The photoluminescence study was conducted as a function of Bi concentration, temperature and excitation power. The results indicate that the effects associated with carrier localization by defects are expressive, especially for the 3% sample. The defects are incorporated into the solid due to growth conditions at low temperatures (315 °C), necessary to enable Bi incorporation into the GaAs matrix.They are also due to the different properties between the atoms, such as electronegativity and size. The magneto-luminescence results exibited high spin- splitting (8.4 meV to 15 T) and high excitonic g factor (9.6) for the 3% sample. It also showed a small diamagnetic shift (approximately 3 meV) for the three samples and moreover, it decreases with increasing Bi content. This suggests higher carrier localization by defects, confirming previous results. Overall, the results show that such materials are interesting and good candidates for spintronic applications. / Este trabalho tem como objetivo estudar as propriedades ópticas e de spin de poços quânticos de GaBiAs/GaAs. Para isso, foram realizadas medidas de espectroscopia de fotoluminescência e magneto-fotoluminescência em altos campos magnéticos (B ≤ 15T). Em particular, foram estudadas três amostras de poços quânticos de 10 nm de largura e com concentrações de 1%, 2% e 3% de Bi. O estudo de fotoluminescência foi realizado em função da concentração de Bi, da temperatura e da potência de excitação. Foi evidenciado que efeitos associados à localização de portadores por defeitos são muito significativos, em especial para a amostra de 3%. Os defeitos são incorporados à rede devido às condições de crescimento em baixas temperaturas (315 oC), necessárias para que haja incorporação de Bi na matriz de GaAs, e às diferentes propriedades entre os átomos. Nas medidas de magneto- luminescência, foi encontrado um alto spin-splitting (8.4 meV para 15 T) e alto fator g excitonico (9.6) para a amostra de 3%. Verificou-se também que deslocamento diamagnético é pequeno (da ordem de 3 meV) para as três amostras e, além disso, diminui com o aumento da concentração de Bi. Isso implica em uma maior localização de portadores por defeitos, corroborando os resultados anteriormente encontrados. De forma geral, os resultados obtidos mostraram que tais materiais são interessantes para possíveis aplicações, em particular na área de spintrônica.