Optical and magneto-optical behavior of Cerium Yttrium Iron Garnet thin films at wavelengths of 200–1770 nm

Magneto-optical cerium-substituted yttrium iron garnet (Ce:YIG) thin films display Faraday and Kerr rotation (rotation of light polarisation upon transmission and reflection, respectively) as well as a nonreciprocal phase shift due to their non-zero off-diagonal permittivity tensor elements, and also possess low optical absorption in the near-infrared. These properties make Ce:YIG useful in providing nonreciprocal light propagation in integrated photonic circuits, which is essential for accomplishing energy-efficient photonic computation and data transport architectures. In this study, 80 nm-thick Ce:YIG films were grown on Gadolinium Gallium Garnet substrates with (100), (110) and (111) orientations using pulsed laser deposition. The films had bulk-like structural and magnetic quality. Faraday and Kerr spectroscopies along with spectroscopic ellipsometry were used to deduce the complete permittivity tensor of the films in the ultraviolet, visible and near-infrared spectral region, and the magneto-optical figure of merit as a function of wavelength was determined. The samples showed the highest IR Faraday rotation reported for thin films of Ce:YIG, which indicates the importance of this material in development of nonreciprocal photonic devices.National Science Foundation (U.S.)Semiconductor Research Corporation. Function Accelerated nanoMaterial Engineerin

Fyzika. Návody k laboratorním cvičením a příklady

Tato skripta jsou určena především posluchačům prvních ročníků bakalářských studijních programů Fakulty chemicko-technologické na Univerzitě Pardubice. Slouží nejenom jako podklady k laboratorním cvičením z fyziky, ale také jako pomocný studijní materiál k teoretickým přednáškám a seminářům ve Speciálních chemicko-biologických oborech a v oboru Analýza biologických materiálů. Předkládaná skripta v první své části pojednávají o měření a zpracování dat. Dále je zařazena část obsahující návody k laboratorním úlohám, které pokrývají témata z mechaniky, elektromagnetismu, optiky a atomové fyziky. V návodech je dbáno nejenom na srozumitelnost textu a na jeho dostatečnou podporu obrázkovými přílohami, ale také na připomenutí matematického aparátu, který studenti v laboratořích používají (trigonometrie, diferenciální počet, zpracování dat do grafů a jejich regrese, výpočet chyb měření atp). V příloze pak studenti najdou průvodce, který by jim měl dopomoci k úspěšnému absolvování laboratoří. Tamtéž se nachází vzorový protokol. Důležitou součástí skript jsou aplikačně motivované příklady zařazené na konci každého návodu. Zde je ukázána provázanost jednotlivých úloh, dále pak zviditelnění analogií napříč různými tématy ve fyzice, a také aplikace studovaných jevů ve výše zmíněných studijních oborech. K této části skript se mohou vracet studenti i vyšších ročníků

Optical measurements of silicon wafer temperature

Issue 1 (2007): International Conference on Solid Films and Surfaces : ICSFS 13, San Carlos de Bariloche, Argentina, November 6-10, 2006. ProceedingAn optical technique for precise, non-contact, and real time measurement of silicon wafer temperature that uses the polarized reflectivity ratio Rp/Rs is described. The proposed method is based on temperature dependence of the optical functions of silicon. Expected strong temperature sensitivity is obtained near band gap. Simultaneous monitoring of temperature and oxide layer thickness is discussed using measurements at four wavelength 365 nm, 405 nm, 546 nm, and 820 nm

Spektroskopické elipsometrie charakterizace ZnO: Sn tenkých vrstev s různým složením Sn naplavené dálkové plazmové reaktivního rozprašování

ZnO:Sn thin films were deposited onto thermally oxidized silicon substrates using a remote plasma reactive sputtering. Their optical constants (refractive index n and extinction coefficient k) were determined from ellipsometric data recorded over a wide spectral range (0.05 – 6 eV). Parametrization of ZnO:Sn complex dielectric permittivity consists of a parameterized semiconductor oscillator function describing the short wavelength absorption edge, a Drude oscillator describing free carrier absorption in near-infrared part of spectra and a Lorentz oscillator describing the long wavelength absorption edge and intra-band absorption in the ultra-violet part of the spectra. Using a Mott-Davis model, the increase in local disorder with increasing Sn doping is quantified from the short wavelength absorption edge onset. Using the Wemple-DiDomenico single oscillator model for the transparent part of the optical constants spectra, an increase in the centroid distance of the valence and conduction bands with increasing Sn doping is shown and only slight increase in intensity of the inter-band optical transition due to Sn doping occurs. The Drude model applied in the near-infrared part of the spectra revealed the free carrier concentration and mobility of ZnO:Sn. Results show that the range of transparency of prepared ZnO:Sn layers is not dramatically affected by Sn doping whereas electrical conductivity could be controlled by Sn doping. Refractive index in the transparent part is comparable with amorphous Indium Gallium Zinc Oxide allowing utilization of prepared ZnO:Sn layers as an indium-free alternative.ZnO: Sn tenké vrstvy byly deponovány na tepelně oxidované křemíkových substrátů pomocí dálkového plazmové reaktivní rozprašování. Jejich optické konstanty (index lomu n a extinkční koeficient k) byly stanoveny z elipsometrických údajů zaznamenaných v širokém rozsahu vlnových délek (0,05-6 eV). Parametrizace ZnO: Sn komplexní dielektrickou permitivitu se skládá z parametrické funkce polovodičového oscilátoru popisující absorpční hranu krátké vlnové délky, je Drude oscilátor popisující volný absorpci nosič v blízké infračervené části spektra a Lorentz oscilátoru popisující absorpční hranu dlouhé vlnové délky a intra-band absorpce v ultrafialové části spektra. Za použití modelu Mott-Davis, zvýšení lokální poruchy se zvyšující Sn dopingu se kvantifikuje od počátku absorpční hrany s krátkou vlnovou délkou. Pomocí Wemple-DiDomenico jednotný model oscilátor pro průhledné části optického konstant spektra, zvýšení těžiště vzdálenosti valence a pásma vodivosti s rostoucí Sn dopingu je znázorněn a jen nepatrné zvýšení intenzity inter-band optického přechodu v důsledku SN dojde k dopingu. Model Drude použita v blízké infračervené části spektra ukázala, že koncentrace volného nosiče a mobilitu ZnO: Sn. Výsledky ukazují, že rozsah transparentnosti připraveného ZnO: Sn vrstvy není výrazně ovlivněn Sn dopingu vzhledem k tomu, elektrická vodivost by mohla být řízena Sn dopingu. Index lomu v průhledné části je srovnatelná s amorfní Indium Gallium oxid zinečnatý umožňuje využití připraveného ZnO: Sn vrstvy jako indium bez alternativy

Magnetic sensor with prism coupler

The physical principle of proposed sensor is based on the combination of two effects: the modulation of permittivity tensor elements in materials with induced anisotropy by external magnetic field and the creation of sharp minima in reflectance on prism base at guided mode resonance. As result we can observe pointed up the polarization states of reflected light beam influenced by external magnetic field. Procedures based on the Yeh’s 4×4 matrix formalism are described for the treatment of the electromagnetic interactions in prism-layered or -bulk structure with magnetic ordering. The tunneling phenomenon between coupling prism and inspected object is analyzed for ultrathin approximation and for the case of a gap spacing wide enough so that the prism could be considered as weak perturbation to the modes of the free structure. The value of Kerr rotation at resonant states achieves to one radian. Its dependence on in-plane modulation of magnetization direction offers the possibility to realize the magnetic vector sensor with angle distinguishing better than one degree

Aproximace reflexnich a transmisnich koeficientu tenkych vrstev na zaklade modelu nekolikanasobnych odrazu

A multiple-beam interference model is used to derive approximate formulae for the reflection and transmission coefficients of inhomogeneous thin films exhibiting large gradients of refractive index profiles. It is shown that these formulae are constituted by series containing the Wentzel-Kramers-Brillouin-Jeffreys term and correction terms with increasing order corresponding to number of considered internal reflections inside the films. A numerical analysis enabling us to show the influence of a degree of inhomogeneity on spectral dependencies of reflectance and ellipsometric parameters of inhomogeneous films is performed. Advantages and disadvantages of our approach compared with other approximate approaches are discussed. The optical characterization of a selected non-stoichiometric silicon nitride film prepared by reactive magnetron sputtering onto silicon single crystal substrate is performed for illustration of using our formulae in practice.Interferenční model s více paprsky se používá k odvození přibližných vzorců pro koeficienty odrazu a transmise nehomogenních tenkých filmů vykazujících velké gradienty profilů indexu lomu. Je ukázáno, že tyto vzorce jsou tvořeny řadami obsahujícími termín Wentzel-Kramers-Brillouin-Jeffreys a korekční termíny s rostoucím pořadím odpovídajícím počtu uvažovaných vnitřních odrazů uvnitř filmů. Provádí se numerická analýza, která nám umožní ukázat vliv stupně nehomogenity na spektrální závislosti odrazivosti a elipsometrické parametry nehomogenních filmů. Jsou diskutovány výhody a nevýhody našeho přístupu ve srovnání s jinými přibližnými přístupy. Optická charakterizace vybraného nestechiometrického filmu z nitridu křemíku připraveného reaktivním magnetronovým naprašováním na silikonový monokrystalový substrát se provádí pro ilustraci použití našich vzorců v praxi

Studium optických, elektrických a morfologických vlastností tenkých vrstev PEDOT:PSS připravených s různými sekundárními dopanty metodou spiral-bar

The electrical, morphological and optical properties of a series of spiral-bar coated single layers of PEDOT:PSS influenced by the addition of 10 different secondary dopants have been studied. The optical properties of these samples have been analyzed over a broad spectral range from 190 nm to 30 microm using spectroscopic ellipsometry and transmittance. The isotropic model fits the ellipsometric data quite well. No substantial differences in the optical constants were obtained, despite a difference being expected from the significant change of specific electrical conductivity (by 3 orders of magnitude). In the infrared part of spectra, the multiple Lorentz oscillators’ model was used instead of the frequently used Drude model by applying narrow oscillators for molecular vibrations together with the broad oscillators describing electronic transitions in the mid-gap states. The geometrical parameters obtained from ellipsometry evaluation have been found to be in good agreement with standard mechanical characterization probes (profilometry and AFM). The highest value of the specific electric conductivity, 78.3 S/cm, was achieved by using n-methyl methanamide as a secondary dopant. The research results confirm that spectroscopic ellipsometry is a valuable tool for characterization of the functional layers used in printed electronics.Byly studovány elektrické, morfologické a optické vlastnosti tenkých vrstev PEDOT: PSS připravených metodou spiral-bar ovlivněné přidáním 10 různých sekundárních dopantů. Optické vlastnosti těchto vzorků byly analyzovány v širokém spektrálním rozsahu od 190 nm do 30 mikrometrů pomocí spektroskopické elipsometrie a optické propustnosti. K vyhodnocení elipsometrických dat lze využít isotropní model. Nebyly pozorovány žádné podstatné rozdíly v optických konstantách, přestože rozdíl se očekává vzhledem k významným změnám specifické elektrické vodivosti (o 3 řády). V infračervené části spektra byl použit model více Lorentzových oscilátorů namísto často používaného Drudeho modelu za použití úzkých oscilátorů pro molekulární vibrace spolu s širokými oscilátory popisujícími elektronické přechody v zakázaném pásu. Bylo zjištěno, že geometrické parametry získané z vyhodnocení elipsometrie jsou v dobrém souladu se standardními mechanickými charakterizační sondami (profilometrie a AFM). Nejvyšší hodnota specifické elektrické vodivosti, 78.3 S / cm, byla dosažena za použití N-methyl methanamide jako sekundárního dopantu. Výsledky výzkumu potvrzují, že spektroskopická elipsometrie je cenným nástrojem pro charakterizaci funkčních vrstev používaných v tištěné elektronice