Диссертация (1104083), страница 8

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

Текст из файла (страница 8)

Приданных значениях параметров логический вентиль работает на частоте 5ГГц изанимает площадь200мкм  200мкм , что делает его производительностьконкурентоспособным с существующими оптическими вентилями.При низкой мощности лазера, настроенной выше поляритонной моды,возбуждаемое состояние почти не заселено (OFF-состояние). При увеличениимощности, сдвиг энергии за счет взаимодействия между поляритонами приводитк усиленному поглощению, суперлинейному росту поляритонной населенности и,наконец, к скачку в состояние в высокой плотностью поляритонов (ONсостояние). Интенсивность излучения по отношению к мощности накачки, как мыуже отметили, характеризуется петлей гистерезиса, которая сильно зависит отусловий возбуждения. Однако в случае двух лазеров накачки, взаимноевзаимодействие между двумя возбуждаемыми поляритонными состояниямиподразумевает более богатую феноменологию.- 48 -В работе [2] исследовалась двухкомпонентная поляритонная систем,которая когерентно управлялась с помощью двух различных лазеров с независимонастраиваемыми частотами, волновыми векторами и интенсивностями.

Былапоказанавозможностьуправлятьцикломгистерезисаодногосостоянияпосредством другого, а так же используя сочетание непрерывной и импульснойнакачки, показана возможность ультрабыстрого управления поляритоннымсостоянием, в частности возможность переключения на временах порядканескольких пикосекунд не только в состояние с большой плотностьюполяритонов (ON-состояние), но и в состояние которое почти не заселено (OFFсостояние).Вэкспериментеиспользовалисьдвапространственноперекрывающихся непрерывных Ti-Sa лазера (P1 и P2) с различными волновымивекторами и частотами, которые возбуждали два поляритонных состояния нанижней поляритонной ветке в GaAs/AlAs микрорезонаторе с тремя In 0.04Ga 0.96Asквантовыми ямами (образец поддерживался при температуре 10 К).

Частоты иволновые вектора двух лазеров были выбраны таким образом, чтобы оптическаябистабильность проявлялась для обоих состояний. Теоретическое описаниеэксперимента осуществлялось с помощью уравнения Гросса-Питаевского:   i X  g X  X X   0   Xi t       /2 P   F  2  X 2   .P  i P  P2mP /2Два внешних лазера моделировались в виде F  f1  r  e  1i k r 1t  f2  r  e 1  4.25мэВ, 2  3.7мэВ и k1  0.2мкм-1, k2  0.3мкм-1 –(измеренные относительноопределяется как P1  f1  r EX )2(1.25)i k2r 2t , гдеих энергиии волновые вектора.

Мощность лазерови P2  f 2  r  . Cила экситонного взаимодействия2устанавливается единицей путем перенормировки обоих полей и внешнихнакачек f1,2 .- 49 -Рис.1.17. Экспериментальные (1е, 2е, 3e, 4e) и теоретические (1T, 2T, 3T и 4T) нормированныеинтенсивности излучения конденсата в состоянии S1 (черные кривые) и S2 (красные кривые),полученные изменением мощности накачки Р1 при фиксированном P2 (левый столбец) либоизменением P2 для фиксированного P1 (правая колонка). Стрелки и символы соответствуютнаправлению изменения мощности: увеличению мощности соответствуют сплошные символы,а уменьшение мощности открытые символы.На рис.1.17 представлено сравнение результатов, полученных из эксперимента(1е,2е.3е и 4е) и рассчитанных теоретически (1t,2t,3t и 4t).

Панели 1 и 3соответствует случаю фиксированной накачки Р2 и изменяющейся Р1, а 2 и 4 наоборот. Выбор значений фиксированной накачки осуществлялся таким- 50 -образом, чтобы продемонстрировать максимально различные конфигурацииначального и конечного состояний.Случаи 1 и 2 соответствуют ситуациям, когда нижняя поляритонная веткарасположена по частоте ниже частот обоих лазеров накачки, в то время как вслучаях 3 и 4 она расположена выше частоты Р1, но ниже Р2. Как это видно изрисунка 1.17, варьируя накачку одного лазера и как следствие населенностьсоответствующего состояния (гистерезис которого изображен сплошной линией)можем управлять населенностью другого состояния (сплошные (открытые)символы соответствуют случаю увеличения (уменьшения) мощности накачки).

Взависимости от относительных интенсивностей и относительных отстроек обоихлазеров накачки, система может быть приведена в резонанс (выведена изрезонанса) с частотой накачки и поэтому любое состояние может быть переведенов ON- (OFF-) состояние. Определенное расхождение экспериментальных итеоретических кривых связанно с тепловыми флуктуациями и временнымусреднением по различным реализациям, кроме того, в теории рассматривалисьдельта-образные лазерные линии, в то время как в эксперименте, по крайней мере,один из непрерывных лазеров не одномодовый.Таким образом, система экситонных поляритонов в микрорезонаторе можетбыть использована для создания сверхбыстрых оптических переключателей.Кроме того относительно недавно появились работы, предлагающиеиспользовать поляритоны для создания полностью оптических транзисторов.

Вработе[6]былполяритонногоэкспериментальнотранзистора,продемонстрированреализованногонапринципосновеработыплоскогополупроводникового микрорезонатора. Принцип работы устройства базируется нанелинейном взаимодействии между двумя поляритонными жидкостями. Схемаэксперимента продемонстрирована на рис.1.18а. Одномодовое, непрерывноелазерное излучение падает на GaAs/AlAs микрорезонатор, состоящий изфронтального и заднего РБО с 21 и 24 парами соответственно и трех внедрённых- 51 -In 0.04Ga 0.96Asквантовых ям. Угол падения лазерного луча соответствуютпоперечной компоненте импульса резонансно созданных поляритонов, которыераспространяются с конечной скоростью в плоскости микрорезонатора.

В связи сконечным временем жизни поляритонов в микрорезонаторе (около 10 пс), этотпроцесс может наблюдаться посредством излучения фотонов с задней РБО:поляритонная плотность пропорциональна интенсивности излучения, котороерегистрируется реальном и импульсном пространстве с помощью CCD-камеры,связанной со спектрографом.В первой части эксперимента внешней оптической накачкой создавалисьадресное («A») и управляющее («С») состояния и измерялась поляритоннаяплотность в управляющем состоянии, которое предназначалось для переключения«А» в ON-состояние. Лазерный луч делился на две части, которые попадали намикрорезонатор под разными углами для возбуждения двух состояний на нижнейполяритонной ветке: «А» и «С».

Эти состояния имеют одинаковую энергиюEC  EA , но разные импульсы в плоскости микрорезонатора: K C и K A -соответственно. На верхней панели рис.1.18б представлена двумерная картинаизлучения, в импульсном пространстве K X ; KY  .соответствуют управляющему состоянию, аСостояние с K X  KC , KY  0K X  K A , KY  0- адресному.Импульсы KC  1мкм-1 и K A  0.5мкм-1 отмечены сплошной вертикальнойлинией, в то время как энергия накачки E  1.481эВ отмечена горизонтальнойштрихованной прямой. При такой конфигурации отстройка EA,C  Elaser  EA,CдляадресногоиуправляющегосостоянияEA  0.4мэВиEC  0соответственно.

Из-за незначительной отстройки адресного состояния от частотывозбуждающего лазеры, поляритонная населенность в этом состояния проявляетнелинейное поведение в зависимости от мощности накачки (рис.1.18в). ПримощностиPthA  5мВтпроисходил резкий скачок населенности адресногосостоянии, и при дальнейшем увеличении мощности возбуждающего луча- 52 -происходило насыщение благодаря голубому сдвигу поляритонной ветки поотношению к внешней накачке.Рис.1.18.

(а) – Схема экспериментальной установки. (б) – Верхняя панель: двумерная картинаизлучения в импульсном пространстве под действием сильного излучения, показываетполяритонные состояния, созданные двумя лазерными лучами, падающими под разнымиуглами. Нижняя панель: поляритонная дисперсия вдоль направления соответствующее KY  0для верхней панели. (в) – Интенсивность излучения адресного состояния в зависимости отмощности возбуждающего луча.

(г) – Измерение цикла гистерезиса около порога на рисунке(в). Черные и красные точки соответствуют увеличению и уменьшению мощностисоответственно.Важно отметить, что отстройка E A была выбрана таким образом, чтобыизбежать петли гистерезиса [48-50]. В действительности, уменьшение отстройкимежду возбуждающим излучением и поляритонным резонансом приводит ксжатию петли гистерезиса. В результате при определенных условиях в системевозникает ситуация, когда вместо петли бистабильности существует только одинпорог перехода между ветками (режим оптического дискриминатора) [60].

Для- 53 -того чтобы проверить действительно ли система находилась в этом режиме,авторами работы были проведены повторные измерения интенсивности адресногосостояния при увеличении и уменьшении интенсивности возбуждения вблизипорога (рис.1.18г). Как видно из рисунка кривые перекрывались, демонстрируяотсутствие кривой гистерезиса. Это важное условие, позволяющее получитьнеобходимый контроль над параметрами переключения.Рис.1.19. (a) – схема эксперимента с двумя адресными лучами, фокусированными в различныеточки на образце под различными углами падения. (б) – Схема распространения поляритонов вслучае, когда «С» сфокусирован над «А».

Красными стрелками показано направлениераспространения соответствующего поляритонного состояния. (в) – интенсивность излучения«A» и «B» в реальном пространстве, когда «С» ниже порога. (г) – интенсивность излучения вдальнем поле показывающее импульсы «А», «В» и «С». Круг соответствует положениюэластического круга рассеяния. (д) – распространение состояний «A» и «B» в реальномпространстве, когда «С» выше порога. (е) – то же что и на (г), но в случае, когда «А» и «В»находятся в резонансе с лазерной накачкой. Их интенсивность резко возрастает, в то время какинтенсивность «С» пренебрежимо мала.- 54 -Во второй части эксперимента была продемонстрирована возможностькаскаднойреализации(рис.1.19а,б).Использованнаясхемаможетбытьинтерпретирована как последовательность двух транзисторов, где вход на первыйуправляет выходом второго.

Характеристики

Список файлов диссертации