Диссертация (1104083), страница 7

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 7)

 X и P – времена жизни экситонов и фотонов соответственно. Оптическая накачка22 Ax i L2  k  k p  /4  iE pt /  L2  k k p  /4имеет вид f  x , t      eeedk , гдеAyEkEi p LP Ax и Ay определяют амплитуды двух линейно поляризованных компонентнакачки, E p – энергия накачки, L представляет собой ширину каждого лазерного пятна в реальном пространстве. Множитель i /  ELP k  E p  i  учитываетнеоднородность оптического поглощения [55], fb  x , t  – ланжевеновский шум.Рис.1.13.

Распределение интенсивности сигнала от микрорезонатора в дальнем поле в случаеодинаковой линейной горизонтальной  x  [кросс-линейной горизонтальной  x  и вертикальной y ]поляризации лазеров накачки. (а)[(д)] экспериментально измеренная интенсивностьгоризонтальнополяризованногоизлучения x .(б)[(е)]интенсивность горизонтально поляризованного излучениятеоретически x .рассчитанная(в)[(ж)] экспериментальноизмеренная интенсивность вертикально поляризованного излучения  y  . (г)[(з)] теоретическирассчитанная интенсивность вертикально поляризованного излучения  y  .- 43 -На рис.1.13а-г и рис.1.13д-з представлено сравнение теоретических иэкспериментальных результатов, полученных при интенсивности накачки 40 мВтдля двух случаев: когда поляризации накачек совпадают, и когда накачкиполяризованы ортогонально.

Когда обе накачки обладали одной и той желинейной поляризацией, наблюдалось сильное рассеивание в состояние сволновымвектором(сопровождающеесяперпендикулярнымизменениемклинейнойволновомувекторуполяризации).Этонакачкиявляетсяследствием того, что константы поляритон-поляритонного взаимодействия всинглетной и триплетной конфигурации имеют разные знаки[56].Описанное устройство функционирует как логический вентиль XNOR,представляющий собой двоичный элемент, возвращающий «истинно», если два еевхода одинаковы и возвращающие «ложно», если сигналы на входах различны.Вентиль XNOR имеет важное значение для таких приложений как распознаваниеадреса оптических пакетов, сравнения и шифрование данных. Такая реализациялогического элемента, открывает возможности конструирования оптическихцепей на меньших масштабах, чем те, что были доступны ранее.Способностьполяритоноввмикрорезонатореэффективновзаимодействовать с внешним световым полем позволяет соединять их с другимиоптоэлектронными устройствами.

При этом значительным достижением являетсяинтегрированиенесколькихэлементоввместевплоскостиодногомикрорезонатора. В действительности, такая интеграция функциональныхэлементов − сложная задача даже для традиционных оптических цепей на основевнедренных цепочек дефектов в фотонном кристалле [57]. В работе [5]продемонстрирована техника создания бинарных логических элементов на основеполяризационной степени свободы поляритонов. Рассмотрим полупроводниковыймикрорезонатор, который структурирован таким образом, что накладывает наполяритоны потенциал, показанный на рисунке 1.14б.- 44 -Рис.1.14.

(а) – Зависимость интенсивности единичного несвязанного (спин-поляризованного)поляритонного состояния от мощности накачки. Параметры: E p  E0  1мэВ ,   3пс . (б) –Профиль поляритонного потенциала в реальном пространстве.Поляритоны могут иметь две проекции спина на выделенное направление всистеме,   1, соответствующих правой   и левой   круговой поляризациивнешних фотонов.

Уравнение Гросса-Питаевского с учетом спина [58] имеет видi   ˆˆ  i  W  r      2   2  2    H LP i   t21     p  r , t  e iE pt /(1.23),где оператор кинетической энергии Hˆ LP соответствует поляритонной дисперсиинижней ветви. Поляритоны верхней ветки не возбуждаются при данных условиях.Оптическое поле накачки задано слагаемым p  r , t  и E p – энергия накачки,  –время жизни поляритонов, W  r  – потенциал, внутри которого локализованыполяритоны,1 2–матричныеэлементыполяритон-поляритонноговзаимодействия в параллельной (антипараллельной) спиновой конфигурацийсоответственно.Если энергия накачки отстроена больше чем на3 /от энергииполяритонной ветки, то при некоторых значений накачки система может обладатьболее чем одним устойчивым состоянием [48-50].

Зависимость интенсивности- 45 -поляритонного состояния может быть найдена аналитически [58] из уравненияГросс-Питаевского в стационарном режиме:22 22222 E0  E p         2     p ,1 4 гдеE0(1.24)– чистая собственная энергия поляритона. Если для простотыпредположить,чтовозбуждениесистемыосуществляетсяспомощьюциркулярно-поляризованного света, все поляритоны будут обладать одинаковымспином и поляритонная интенсивность демонстрирует S -образную кривую,которая характеризует бистабильность в системе. Уравнение (1.24) решалосьчисленно. При этом в начале предполагается, что система возбуждается широкой,  -поляризованной гауссовой непрерывной накачкой. Накачка имеет слабуюинтенсивность, так что поляритонная интенсивность лежит на нижней ветке S образной кривой. Далее рассчитывалась динамика поляритонной системы, когда кодному из концов канала прикладывается   поляризованный импульс, которыйлокально переключал поляритонную интенсивность на верхнюю ветку S образной кривой.

Результаты показаны на рис.1.15, после того как импульсзатухал, последовательные участки вдоль канала переключались в состояние свысокой интенсивностью. Это может быть связанно с членом кинетическойэнергии в уравнении (1.24), который стремитсяраспределение в пространстве[59]. Областисгладить поляритонноес низкой интенсивностью,следующие за областью с высокой интенсивностью, имеет тенденцию кпереключению на верхнюю ветвь кривой гистерезиса. Такое распространениеимеет аналогию с биологическими нейронами, поэтому авторами эти каналыбыли названы «поляритонными нейронами».

Такое распространение, которое нелимитировано коротким временем жизни поляритонов, открывает перспективудля создания проводов для оптических цепей в плоскости микрорезонатора.- 46 -Рис.1.15. Профиль пространственного распределения интенсивности излучения поляритонногоконденсата в различные моменты времени, отсчитанные от момента воздействия импульсанакачки. Непрерывная и импульсная накачки обладают гауссовыми профилем интенсивности инаправлены нормально к плоскости образца. При этом частота накачек расположены вышенижней поляритонной ветки.Учет поляризационной степени свободы приводит к тому, что в системевозникает не бистабильность, а мультистабильность. Авторами рассматривалосьслияние двух поляритонных нейронов, которое получалось реструктуризациейпрофиля потенциала.

Система снова возбуждалась широким, но слабымГауссовым пучком, который был эллиптически поляризован с уклоном в сторону  -поляризации. Входы двух каналов возбуждались либо   - или   импульсами. На рис. 1.16 изображена степень круговой поляризации в реальномпространстве для случаев противоположно поляризованных входов (верхний ряд)и для случая двух   -импульсов (нижний ряд). В первом случае, только сигнал с  -поляризацией продолжал распространение благодаря тому, что непрерывноефоновое поле было преимущественно   -поляризовано, а величина  2 –отрицательно. Это означает, что система вела себя как OR-логический вентиль,т.е.

приводила к появлению на выходе   -поляризованного сигнала, если хотя бына одном входе был   -сигнал (в ином случае данное устройство работало бы какAND-логическийвентиль,еслибыфоновоепротивоположную степень поляризации  c ).постоянноеполеимело- 47 -  2  22Рис.1.16. Круговая степень поляризации c 2в области, где два поляритонныхнейрона соединяются в различные моменты времени относительно момента прикладыванияимпульса. Верхний ряд показывает случай, когда система возбуждается противоположноциркулярно поляризованными импульсами; нижний ряд показывает случай, когда системавозбуждается двумя   -поляризованными импульсами.Это дает возможность конструировать оптические схемы, в которыхнесколько элементов интегрированы в единую структуру микрорезонатора.

Характеристики

Список файлов диссертации