TEMPERATURE DEPENDENCE OF OPTICAL TRANSMISSION OF GERMANIUM SINGLE CRYSTALS

Abstract

Проведены исследования оптического пропускания в диапазоне длин волн 2 - 14 мкм монокристаллов германия, легированных донорными и акцепторными примесями (удельное сопротивление германия 1 - 3 Ом⋅см), в интервале температур от 86 К до 523 К. Рассчитаны значения коэффициентов ослабления α для исследуемых кристаллов; минимальные значения коэффициентов ослабления (0,0015 - 0,0231 см) в интервале температур от 86 К до 323 К характерны для монокристаллов германия, легированных сурьмой, в диапазоне 2 - 11 мкм. Исследования показали, что низкие значения α и коэффициента пропускания на длине волны 3,39 мкм для кристаллов Ge: Sb и Ge: Bi позволяют применять эти низкоомные кристаллы германия для газовых гелий-неоновых лазеров при температурах от 86 К до 323 К. Исследованы температурные изменения геометрии поверхности кристалла на наноразмерном уровне. Показано, что нагрев кристаллического германия приводит к увеличению диффузного отражения излучения от поверхности. Сделан вывод о возможности использования низкоомных кристаллов германия, легированных сурьмой, в качестве элементов инфракрасной оптики в интервале температур 86 - 373 К. In this work, we investigated optical transmission in the wavelength range of 2-14 μm of low-resistance germanium crystals (1 - 3 Ω⋅cm) doped with donor and acceptor impurities in the temperature range from 86 K to 523 K. The values of the attenuation coefficients for investigated crystals are obtained. Minimum attenuation coefficients α of 0,0015 - 00231 cm in the temperature range from 86 K to 323 K are characteristic for germanium single crystals doped with antimony in the range 2,1-11 μm. Studies have shown that the low values of α and the transmittance at a wavelength of 3,39 pm for Ge: Bi and Ge: Sb crystals make it possible to use these low-resistance germanium crystals for gas helium-neon lasers at temperatures from 86 K to 323 K. The temperature changes in the geometry of the crystal surface are investigated at the nanoscale level. It is shown that heating crystalline germanium leads to an increase in the diffuse reflection of radiation from the surface. The possibility of using the low-resistance germanium crystals doped with antimony as elements of infrared optics in the temperature range 86 - 373 K has been demonstrated.