Nichtlineare Suszeptibilität von GaAs im THz Frequenzbereich

Die nichtlineare Optik im THz Frequenzbereich ist weitgehend unerforscht [1], da hier keine abstimmbaren, intensiven Lichtquellen zur Verfügung stehen. Abstimmbare Freie-Elektronen Laser mit Emissionsfrequenzen im THz Bereich schließen diese Lücke. Wir haben Frequenzverdoppelung unterhalb der optischen Phononresonanz an dünnen GaAs Kristallen mit dem Freie-Elektronen Laser FELIX, Niederlande, durchfgeführt. Erstmals beobachten wir ein Maximum der nichtlinearen Suszeptibilität 2.Ordnung bei der halben Phononfrequenz (4,4 THz) und ein Minimum oberhalb dieser Frequenz (5,3 THz). Dieses Minimum basiert auf einem Vorzeichenwechsel der nichtlinearen Suszeptibilität bedingt durch konkurrierende elektronische und Gitterbeiträge. Ein Vergleich mit Berechnungen [2] zeigt, dass aus der Frequenz dieses Minimums die Beiträge höherer Ordnung des Gitterpotentials zur nichtlinearen Suszeptibilität quantitativ bestimmt werden können [3].

[1] siehe z. B. F. Keilmann, Infr. Phys. 31, 373 (1991).
[2] C. Flytzanis, Phys. Rev. B 6, 1264 (1972).
[3] T. Dekorsy et al. akzepziert zu Phys. Rev. Lett.