Автореферат (1149845)

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

Текст из файла

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждениевысшего образования«Санкт-Петербургский государственный университет»На правах рукописиДубинкин Илья НиколаевичНЕЛИНЕЙНЫЕ И СТОХАСТИЧЕСКИЕ ЭФФЕКТЫ В ЛАЗЕРАХ НАКВАНТОВЫХ ТОЧКАХСпециальность 01.04.21 — «Лазерная физика»АВТОРЕФЕРАТдиссертации на соискание ученой степеникандидата физико-математических наукСанкт-Петербург20182РаботавыполненавФГАОУВО«Санкт-Петербургскийнациональныйисследовательский университет информационных технологий, механики и оптики»Научный руководитель:Викторов Евгений Анатольевич, к.ф.-м.н.,зав.

кафедрой лазерных технологий и системФГАОУ ВО «Санкт-Петербургскийнациональный исследовательский университетинформационных технологий, механики иоптики», заведующий кафедройОфициальные оппоненты:Аракелян Сергей Мартиросович, д.ф.-м.н.,профессор, зав. кафедрой, ФГБОУ ВОВладимирский государственный университетСметанин Игорь Валентинович, к.ф.-м.н.,и.о. зав. сектором, ведущий научныйсотрудник ФГБУН ФИАНВедущая организация:ФГАОУ ВО «Санкт-Петербургскийгосударственный электротехническийуниверситет «ЛЭТИ» им.

В.И. Ульянова(Ленина)»Защита состоится “31” мая 2018 г. в ____ часов на заседании совета Д 212.232.45 позащите диссертаций на соискание степени доктора физико-математических наук исоискание степени кандидата физико-математических наук при ФГБОУ ВО«Санкт-Петербургский государственный университет» по адресу: 198504,Санкт-Петербург, Петродворец, Ульяновская улица д.1, малый конференц-залфизического факультетаС диссертацией можно ознакомиться в Научной библиотеке им. М. Горького СанктПетербургскогогосударственногоуниверситета(г.Санкт-Петербург,Университетская набережная, д.7/9) и на сайте: http://spbu.ru.Автореферат разослан «___» ________________2018 г.Ученый секретарь диссертационного совета,доктор физико-математических наукВ. С. Сухомлинов3ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫАктуальностьтемыисследованияистепеньеё разработанности.Полупроводниковые лазеры широко востребованы в современной науке и технике.К наиболее значимым областям применения данных лазеров относятся оптическаяпередача данных, оптическая запись информации, метрология и спектроскопия,обработка материалов, биомедицинские технологии.В настоящее время наиболее широкое распространение в биомедицине иобработке материалов получили лазерные диоды на гетероструктурах.

Это сталовозможным благодаря высокому КПД, компактности, низкой стоимости инадежности данных лазеров.В технологиях, связанных с оптической передачей данных, в подавляющембольшинстве случаев используются лазеры на квантовых ямах с распределеннойобратной связью. Здесь необходимо отметить, что указанные лазеры практическидостигли пределов своих приборных характеристик. Данный факт вместе спостоянно растущими требованиями к скорости передачи данных в оптоволоконныхсетях стимулирует интерес исследователей к разработке новых источниковизлучения для передачи информации.Кроме того, несмотря на многолетний опыт успешного применения лазеров наквантовых ямах, исследователям и инженерам так и не удалось при сохраненииприемлемого уровня надежности и стоимости устранить целый ряд недостатков,характерных для данных лазеров.

Прежде всего, речь идет об относительно высокойчувствительности к изменениям температуры и флуктуациям тока накачки, а такжео наличии неустойчивостей, связанных с отражением излучения от оптоволокна.Последнееявляетсяоднойизпричин,стимулирующихисследованияполупроводниковых лазеров с обратной связью.Наиболее перспективными с точки зрения замены лазеров на квантовых ямахявляются лазеры на квантовых точках. Основная особенность квантовых точекзаключается в том, что в данных структурах движение носителей заряда ограниченозамкнутой трехмерной областью. Данный факт позволяет в теории сформироватьдля ансамбля квантовых точек дискретный энергетический спектр, характерный для4одиночных атомов. Благодаря этому излучение лазеров на квантовых точкаххарактеризуется узкими спектральными линиями.

Кроме того, для данных лазеровхарактерны высокие коэффициенты усиления и низкие пороговые токи накачки,высокая стабильность работы, широкий диапазон перестройки частоты излучения.Растущие требования к скорости передачи информации по оптическимканалам связи, а также перспективные разработки в области интегральныхоптических схем и кремниевой фотоники стимулируют исследования, направленныекак на разработку новых методов получения ансамблей квантовых точек с низкойдисперсией, так и на изучение лазерной динамики с целью удовлетворениярастущих потребностей в лазерных системах на основе уже имеющихсяполупроводниковых структур.Повышенныйинтересисследователейвызываетсложнаянелинейнаядинамика генерации, имеющая место в полупроводниковых лазерах с инжекцией иобратной связью.

Здесь особо стоит отметить режим возбужденных колебаний,который может быть использован в перспективных вычислительных системах. Впоследнее десятилетие проводятся активные исследования нелинейной динамикигенерации излучения в лазерах на квантовых точках с инжекцией и обратнойсвязью.Актуальностьдиссертационнойработыобусловленасовременнымитребованиями к оптоэлектронным системам на основе полупроводниковых лазерови возникающей необходимостью проведения новых теоретических исследованийдинамики генерации для повышения эффективности процесса разработки ипоследующей диагностики данных систем.Целью диссертационной работы является теоретическое исследованиединамики генерации излучения в лазере на квантовых точках с инжекцией внешнегооптического сигнала.В рамках диссертационной работы поставлены следующие задачи: разработать математическую модель лазера на квантовых точках синжекцией внешнего оптического сигнала на основе балансного подхода;5 провести анализ имеющихся экспериментальных данных о режимах работылазера на квантовых точках с инжекцией внешнего оптического сигнала; провести численное моделирование и анализ режима возбужденныхколебаний II рода, возникающего в лазерах на квантовых точках с инжекциейвнешнего оптического сигнала, исследовать возможность управления параметрамиданного режима; провести численное моделирование и анализ режима возбужденныхколебаний I рода, возникающего в лазерах на квантовых точках с инжекциейвнешнего оптического сигнала, исследовать возможность управления параметрамиданного режима; исследовать влияние стохастических факторов на динамику генерациилазера на квантовых точках с инжекцией внешнего оптического сигнала.Научная новизна проведенного исследования заключается в следующем: разработана математическая модель лазера на квантовых точках синжекцией внешнего оптического сигнала, учитывающая влияние неоднородногоуширения и термически индуцированного изменения величины расстройки надинамику генерации излучения; проведено численное моделирование режимов возбужденных колебанийI и II рода в лазере на квантовых точках с инжекцией внешнего оптическогосигнала; исследована возможность управления параметрами режима возбужденныхколебаний II рода в лазере на квантовых точках с инжекцией; проведен анализ влияния стохастических факторов на динамику генерациилазера на квантовых точках с инжекцией.Теоретическая и практическая значимость работы определяется тем, чтобыла разработана и апробирована математическая модель лазера на квантовыхточкахсинжекциейвнешнегооптическогосигнала,способнаяописатьнаблюдаемую экспериментально динамику лазерной генерации для широкогодиапазона условий.

Соответствие между полученными экспериментальнымиданными и результатами численного моделирования позволяет использовать6указанную модель при разработке новых устройств на основе лазеров на квантовыхточках.Проведено детальное исследование фазового портрета указанного лазера,позволившее выявить причины возникновения и эволюцию ряда динамическихнеустойчивостей, проявляющихся в процессе генерации излучения.Исследуемые здесь динамические режимы генерации в перспективе могутпозволить осуществлять передачу информации по оптическим каналам связи соскоростью, значительно превышающей современные значения.Показана возможность управления параметрами режима возбужденныхколебаний, что является одной из предпосылок для использования лазеров наквантовых точках с инжекцией внешнего оптического сигнала, работающих вданном режиме, в устройствах на основе оптических интегральных схем икремниевой фотоники.Методы исследования.

При подготовке диссертационной работы былпроведен обзор научной литературы, связанной с тематикой исследования. Быларазработана математическая модель, на основе которой проводилось численноеисследование динамики генерации излучения в лазере на квантовых точках.

Характеристики

Тип файла PDF

PDF-формат наиболее широко используется для просмотра любого типа файлов на любом устройстве. В него можно сохранить документ, таблицы, презентацию, текст, чертежи, вычисления, графики и всё остальное, что можно показать на экране любого устройства. Именно его лучше всего использовать для печати.

Например, если Вам нужно распечатать чертёж из автокада, Вы сохраните чертёж на флешку, но будет ли автокад в пункте печати? А если будет, то нужная версия с нужными библиотеками? Именно для этого и нужен формат PDF - в нём точно будет показано верно вне зависимости от того, в какой программе создали PDF-файл и есть ли нужная программа для его просмотра.

Список файлов диссертации