Автореферат (1104082), страница 2
Текст из файла (страница 2)
Построениесоответствующей теории.52.Исследование нелинейных процессов в поляритонной системе(взаимное рассеяния экситонов, находящихся в основном состоянии, а также наэкситонах из некогерентного резервуара), а также дополнительных механизмоврелаксации в экситон-фотонной системе, влияющих на установлениеустойчивых во времени осцилляций Раби.3.Определение условий и требований к параметрам системы:интенсивности внешней накачки, диссипации фотонных и экситонныхкомпонент, характеристикам некогерентного резервуара, − при которыхполяритоны обладают свойствами РТ-симметричных (или в общем случаепсевдоэрмитовых) систем.4.Анализ влияния квантовых флуктуаций на экситонные поляритоны,локализованные в полупроводниковом микрорезонаторе, с учетом ихнелинейного взаимодействия с оптическим излучением.Научная новизна1.Предложен физический механизм создания долгоживущих Рабиосцилляций в системе экситонных поляритонов, формируемых вполупроводниковоммикрорезонаторевприсутствиинерезонанснойоптической накачки.2.Выявлено влияние различных механизмов потерь на возможностьустановления незатухающих Раби-осцилляций с учетом нелинейности идополнительной релаксации поляритонов верхней дисперсионной ветви.
Приэтом определены условия, при которых поляритоны обладают свойствами РТсимметричных (или в общем случае псевдоэрмитовых) систем при учетединамики резервуарных экситонов, внешней накачки и диссипации.3.Учтены квантовые шумы, определяющие статистические свойстваизлучения микрорезонатора с полупроводниковой квантовой ямой,возбуждаемого околорезонансной накачкой. Продемонстрировано, чтоприсутствие квантового шума может существенным образом влиять насостояние системы.
В частности, показано, что в области, где стандартныйанализ стационарных состояний экситонной и фотонной подсистем,выполненный в приближении среднего поля, предсказывает существованиебистабильности решения, в развитой квантовой теории, учитывающейквантовый шум, она не обнаруживается. При этом наблюдается резкоеувеличение средней интенсивности излучения микрорезонатора в узкомдиапазоне значений внешней накачки, который меньше ширины областибистабильности, возникающей в рамках полуклассического анализа.6Практическая значимостьПроведенные исследования когерентных свойств поляритонных лазеровмогут быть использованы при разработке новых физических принципов длясоздания элементов и систем обработки оптической информации нового типа, атакже источников когерентного излучения с неклассической статистикой.Полученные результаты открывают новые перспективы как для теоретическогоисследования осцилляций Раби в поляритонных средах и эффектов, связанныхс ними (в частности, влияния осцилляций Раби на свойства поляризацииизлучения поляритонного лазера), так и для экспериментального обнаружениянезатухающих осцилляций в реальных микрорезонаторных структурах.Положения, выносимые на защиту1.Время затухания осцилляций Раби в системе экситонныхполяритонов в микрорезонаторе может быть увеличено за счет эффектавынужденного рассеяния из некогерентного экситонного резервуара,созданного нерезонансной постоянной накачкой.
Для реалистичных параметровмикрорезонаторов на основе GaAs время жизни осцилляций Раби достигаетвеличины 1 нс.2.За счет механизма парного рассеяния экситонов из некогерентногорезервуара в основное состояние, возможно установление незатухающихосцилляций населенности фотонной компоненты конденсата. Эффект будетиметь место в том числе и в структурах, для которых характерна быстраядополнительная релаксация поляритонов верхней дисперсионной ветви.3.Эффект динамической компенсации потерь в экситон-фотоннойсистеме в присутствии нерезонансной оптической накачки может бытьинтерпретирован в терминах неэрмитовой квантовой механики, как проявлениеполяритонной системой свойств псевдоэрмитовости с набором действительныхсобственных частот.4.Присутствие квантовых флуктуаций в системе экситонныхполяритонов с нелинейным взаимодействием между экситонами приводит кпоявлениюрезкогоскачкавеличиныэкситоннойплотности,сопровождающегося переходом системы с нижней ветви бистабильности наверхнюю ветвь.
Данный скачок также сопровождается резким увеличениемфункции когерентности второго порядка оптического поля. Значение накачки,при котором происходит такой скачок, а также амплитуда скачка определяютсяпараметрами системы: нелинейностью, скоростью диссипации, а такжеэкситон-фотонной отстройкой.7Апробация работыРезультаты работы прошли апробацию на следующих российских имеждународных конференциях:International Conference and School «Single dopants», Россия, СанктПетербург, 1-5 июня 2014 г.; Молодежная школа для молодых ученых«Лазерная физика и фотоника», Россия, Владимир/Суздаль, 11-17 ноября 2014г.; Second Russian-Britain Workshop for Young Scientists «Advanced Polaritonicsand Photonics», Россия, Владимир/Суздаль, 12-15 марта 2015 г.; XXIIIМеждународная научная конференция студентов, аспирантов и молодыхученых «Ломоносов», Россия, Москва, 11-15 апреля 2015г.; XII InternationalWorkshop on Quantum Optics (IWQO-2015), Россия, Москва/Троицк, 11-16августа 2015 г.; The twenty fifth annual International Laser Physics Workshop,Армения, Ереван, 11-15 июля 2016г.По теме диссертационной работы опубликовано 4 статьи в журналах изперечня ВАК (приведены в конце автореферата).Личный вклад автораПредставленные в диссертации результаты оригинальны и полученыавтором лично.
Выбор направления исследования, постановка задач иинтерпретация полученных результатов производились совместно с научнымруководителем и соавторами статей.Структура и объем диссертацииДиссертационная работа состоит из введения, обзора литературы, трехоригинальных глав, заключения и списка литературы из 115 наименований.Диссертация изложена на 123 страницах и содержит 33 рисунка.Содержание работыВо введении обоснована актуальность диссертационной работы,сформулированы ее цели, аргументирована научная новизна исследований.Показана практическая значимость полученных результатов, представленывыносимые на защиту научные положения. Описан личный вклад автора ипредставлены сведения об апробации работы и публикациях.Первая глава посвящена общему описанию исследуемых в диссертациизадач с точки зрения их использования для решения современных проблемфункционирования оптических сетей.
Рассмотрены задачи взаимодействия8оптического излучения с возбуждениями в твердом теле и приведены схемыреализации поляритонных устройств на их основе. Отдельное вниманиеуделено рассмотрению экситонов в квантовой яме – низкоразмерной структуре,которая удерживает экситон в одном из направления и в результате вызываетквантование его энергии в направлении пленения. В частности, описываетсяпроцесс взаимодействия экситонов квантовой ямы и моды микрорезонатора, вкоторый помещена эта квантовая яма, в режиме сильной связи, при которомвыполняется условие P , X .
Здесь – коэффициент связи междуэкситонной и фотонной модами, X – скорость затухания экситонной моды и P – скорость затухания фотонного поля внутри микрорезонатора. Такоевзаимодействие приводит к образованию двух новых собственных модсистемы, которые называются поляритонами верхней и нижней ветвей. Впервой главе также представлен краткий обзор явлений, свойственных даннымквазичастицам, а именно осцилляций Раби [7] и конденсации Бозе-Эйнштейна[1].
Далее рассмотрены возможные способы создания элементов оптическихцепей на основе экситонных поляритонов. Показано, что устройства на основеполяритонов обладают рядом преимуществ, таких как быстрое времяпереключения и низкая пороговая мощность.Вторая глава посвящена исследованию возможности увеличениявремени жизни осцилляций Раби в полупроводниковом микрорезонаторе. Дляэтогопредложеноиспользоватьвнешнююнепрерывнуюнакачку,формирующую некогерентный экситонный резервуар, пополняющийнаселенности поляритонных состояний и поддерживающий тем самым ихвзаимную когерентность (рис.
1). Принцип действия предложенной схемыможно описать следующим образом. Короткий (длительностью порядка сотнифемтосекунд) спектрально широкий лазерный импульс возбуждаетсуперпозицию поляритонов верхней и нижней ветвей в области k 0 , где k –волновой вектор, лежащий в плоскости микрорезонатора. При этомнепрерывная нерезонансная накачка (оптическая или токовая) формируетрезервуарнекогерентныхэкситонов,характеризующихсябольшимизначениямиволновоговектораk.Поляритоныизрезервуарамогутвынужденным (стимулированным) образом переходить в основное состояниена верхней и нижней поляритонных ветках ( k 0 ), поскольку именно этисостояния макроскопически заселены в результате действия начальногоимпульса.9Рис.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
