journal-opt - abstr240-247

https://doi.org/10.15407/jopt.2018.53.240

Optoelectron. Semicond. Tech. 53, 240-247 (2018)

A. Meshalkin1, A.P. Paiuk2, L.A. Revutska3, E. Achimova1, A.V. Stronski2, A. Prisakar1, G. Triduh1, V. Abashkin1, A. Korchevoy2, V.Yu. Goroneskul2

DIRECT SURFACE-RELIEF GRATING RECORDING USING SELENIUM LAYERS

This paper presents the spectral dependences of the transmittance in the 500…900 nm range for selenium layers (with their thickness 630 and 1030 nm) that were prepared using the method of thermal vacuum deposition. The optical constants of the Se layers were obtained from the transmission spectra: the absorption coefficient for the Se layer is 9·104 cm–1 for the recording wavelength of 532 nm. Using the spectral dependence of the absorption coefficient in quadratic coordinates (the Tauc method), the optical band gap Eg opt was determined as 1.92 eV. The parameters of the single-oscillator model for the Se layers have been given. The Raman spectra of the Se films have been presented. There is a main peak at 251 cm–1, which is associated with stretching vibrations in the Se8 fragments as well as in chain fragments, and weaker bands at 80 and 109 cm–1. From the differential Raman spectra presented in this paper, it can be seen that the structure of the Se films changes upon interaction with light. With increasing the exposure, the intensity of 235 cm–1 band increases, and the intensity of 251cm–1 band decreases, which is also characteristic to 80 and 109 cm-1 bands. The shoulder that appears at 235 cm–1 may be caused by the presence of a small fraction of “pure” helicoid chains. To record holographic diffraction gratings with a period of 1 μm, the radiation of a DPSS laser with the wavelength 532 nm and a Se film were used for data recording. Simultaneously with recording the diffraction gratings, the diffraction efficiency of the gratings was measured in the first diffraction order for transmission by using radiation 247 from a laser diode with the wavelength of 650 nm. Gratings with the diffraction efficiency close to 22% were obtained. The profile of the relief was similar to the sinusoidal one. It has been shown that a pulse-like recording makes it possible to obtain diffraction gratings with sufficiently high transmission efficiency (22%) using Se layers as recording media. The obtained depth of the grating relief was approximately 140 nm. A good agreement was obtained for the experimentally obtained diffraction efficiency of the gratings in transmission and the theoretical ones (the discrepancy is ~ 6%).

Keywords: hologram diffraction grating, chalcogenide glass, multilayer nanostructure, optical properties, Raman spectrum, AFM.

PDF

References

1. Indutnyi I., Stronski A.V., Kostyukevich S.A. Holographic optical element fabrication using chalcogenide layers. Opt. Eng. 1995. 34. P. 1030-1039.

https://doi.org/10.1117/12.197144

2. Stronski A. V., Vlcek M., Sklenar A., Shepeljavi P.E., Kostyukevich S.A. Application of As40S60-xSex layers for high-effciency grating production. J. Non. Cryst. Solids. 2000. 266-269. P. 973-978.

https://doi.org/10.1016/S0022-3093(00)00032-6

3. Stronski A.V., Vlcek M. Imaging properties of As40S40Se20 layers. Opto-Electronics Rev. 2000. 8. P. 263-267.

4. Teteris J. Holographic recording in amorphous chalcogenide semiconductor thin films. J. Optoelectron. Adv. Mater. 2002. 4. P. 687-697.

https://doi.org/10.1117/12.517011

5. Teteris J., Reinfelde M.. Application of amorphous chalcogenide semiconductor thin films in optical recording technologies. J. Optoelectron. Adv. Mater. 2003. 5. P. 1355-1360.

6. Takats V., Nemec P., Miller A.C., Jain H., Kokenyesi S. Surface patterning on amorphous chalcogenide nanomultilayers. Opt. Mater. (Amst). 2010. 32. P. 677-679.

https://doi.org/10.1016/j.optmat.2009.08.018

7. Stronski A., Achimova E., Paiuk A., Abaskin V., Meshalkin A., Prisacar A., Triduh G., Lytvyn O. Surface relief formation in Ge5As37S58-Se nanomultilayers. J. Non.-Cryst. Solids. 2015. 409. P. 43-48.

https://doi.org/10.1016/j.jnoncrysol.2014.11.010

8. Achimova E., Stronski A., Abaskin V., Meshalkin A., Paiuk A., Prisacar A., Oleksenko P. Direct surface relief formation on As2S3-Se nanomultilayers in dependence on polarization states of recording beams. Opt. Mater. (Amst). 2015. 47. P. 566-572.

https://doi.org/10.1016/j.optmat.2015.06.044

9. Achimova E. Direct surface relief formation in nanomultilayers based on chalcogenide glasses: A Review. Surf. Eng. Appl. Electrochem. 2016. 52. P. 456-468.

https://doi.org/10.3103/S1068375516050021

10. Hegedus J., Kohary K., Pettifor D.G. Photoinduced volume changes in amorphous selenium. Phys. Rev. Lett. 2005. 95. P. 206803-1-8.

https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.95.206803

11. Palyok V., Szabo I.A., Beke D.L., Kikineshi A. Surface grating formation and erasing on a-Se films. Appl. Phys. A. 2002. 74. P. 683-687.

https://doi.org/10.1007/s003390100939

12. Kokenyesi S., Ivan I., Takats V., Palinkas J., Biri S., Szabo I.A. Formation of surface structures on amorphous chalcogenide films. J. Non-Cryst. Solids. 2007. 353. P. 1470-1473.

https://doi.org/10.1016/j.jnoncrysol.2006.09.064

13. Trunov M.L., Lytvyn P.M., Yannopoulos S.N., Szabo I.A., Kokenyesi S. Photoinduced mass-transport based holographic recording of surface relief gratings in amorphous selenium films. Appl. Phys. Lett. 2011. 99. P. 051906.

https://doi.org/10.1063/1.3614432

14. Tanaka K., Shimakawa K. Mechanisms of photoinduced fluidity in chalcogenide glasses: Molecular orbital analyses. J. Non. Cryst. Solids. 2017. 481. P. 579-584.

https://doi.org/10.1016/j.jnoncrysol.2017.12.005

15. Kikineshi A., Malyovanik M., Messaddeq Y. Photo-induced transformations in chalcogenide nanocomposite layers. J. Non. Cryst. Solids. 2004. 338-340. P. 561-564.

https://doi.org/10.1016/j.jnoncrysol.2004.03.042

16. Ganjoo A., Golovchak R. Computer program PARAV for calculating optical constants of thin films and bulk materials: Case study of amorphous semiconductors. J. Optoelectron. Adv. Mater. 2008. 10. P. 1328-1332.

17. Stronski A.V., Vlcek M., Kostyukevych S.A., Tomchuk V.M., Kostyukevych E.V. Study of non-reversible photostructural transformations in As40S60-xSex layers applied for fabrication of holographic protective elements. Semiconductor Physics, Quantum Electronics and Optoelectronics. 2002. 5. P. 284-287.

https://doi.org/10.15407/spqeo5.03.284

А. Мешалкин1, А.П. Паюк2, Л.А. Ревуцкая3, Е. Акимова1, А.В. Стронский2, А. Присакарь1, Г. Тридух1, В. Абашкин1, А. Корчевой2, В.Ю. Горонескуль2

ПРЯМАЯ ЗАПИСЬ ПОВЕРХНОСТНОГО РЕЛЬЕФА ДИФРАКЦИОННЫХ РЕШЕТОК С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ СЛОЕВ СЕЛЕНА КАК РЕГИСТРИРУЮЩИХ СРЕД

В данной работе представлены спектральные зависимости пропускания слоев селена (толщины слоев Se: 630 нм, 1030 нм), изготовленных с помощью метода термического напыления в области 500-900 нм. Из спектров пропускания были получены оптические константы слоев Se: показатель поглощения составляет 9·104 см-1 для записывающей длины волны 532 нм. Используя спектральную зависимость показателя поглощения в квадратичных координатах (метод Тауца) было получено значение оптической запрещенной зоны Eg opt 1.92 эВ. Приведены параметры одноосцилляторной модели для слоев Se. Представлены спектры комбинационного рассеяния пленок Se, в них доминирует пик при 251 см−1 , что связывается с растягивающими колебаниями в фрагментах Se8, а также в цепочечных фрагментах и более слабые полосы при 80 и 109 см−1 . Из разностных спектров КР представленных в данной статье видно, что структура пленок Se меняется под действием света. С увеличением экспозиции увеличивается интенсивность полосы 235см-1, а интенсивность полосы 251см-1 уменьшается, что также характерно и для полос 80 и 109 см-1. Плечо, которое появляется при 235 см−1 может быть связано с присутствием малой фракции «чистых» геликоидных цепочек. Для записи голографических дифракционных решеток с периодом 1 мкм использовалось излучение DPSS лазера на длине волны 532 нм и пленки Se в качестве регистрирующей среды. Одновременно с записью дифракционных решеток проводилось измерение дифракционной эффективности решеток в первом порядке дифракции на пропускание с использованием излучения лазерного диода на длине волны 650 нм. Были получены решетки с коэффициентом дифракционной эффективности 22%. Профиль рельефа был близок к синусоидальному. Показано, что импульсоподобная запись позволяет получать дифракционные решетки с достаточно высокой эффективностью в пропускании (22%) при использовании слоев Se как регистрирующих сред. Глубина рельефа решеток составляла ~ 140 нм. Было получено хорошее соответствие экспериментальных величин дифракционной эффективности решеток в пропускании и теоретических (расхождение ~ 6%).

Ключевые слова: Голограммные дифракционные решетки, халькогенидные стекла, многослойные наноструктуры, оптические свойства, спектры КР, АСМ.

Back / Повернутися