Автореферат (1149845), страница 2

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

Текст из файла (страница 2)

Припомощи численного моделирования с использованием алгоритмов, основанных наметоде продолжения по параметру, было исследовано влияние основныхуправляющих параметров лазерной системы на характеристики динамическихнеустойчивостей, возникающих при генерации.На защиту выносятся следующие основные положения и результаты:1) в лазере на квантовых точках с инжекцией внешнего оптического сигналасуществуют режимы симультанной генерации возбужденных колебаний I и II рода,при этом во временной зависимости интенсивности излучения из основного ипервоговозбужденногоэнергетическогосостояниянаблюдаютсясериипротивофазных пичков;2) причиной возникновения режима возбужденных колебаний II рода в лазерена квантовых точках с инжекцией внешнего оптического сигнала является7термически индуцированное изменение величины расстройки между частотойизлучения управляющего лазера и частотой излучения управляемого лазера;3) контроль за рядом параметров режима возбужденных колебаний II рода, кчислу которых относятся: длительность стадии квазистационарной генерации,длительность стадии быстрых осцилляций, число пичков на стадии быстрыхосцилляций – возможен в широком диапазоне значений и может быть реализованпутем изменения интенсивности инжектируемого сигнала;4) причиной возникновения режима возбужденных колебаний I рода в лазерена квантовых точках с инжекцией внешнего оптического сигнала являетсяиндуцированный шумами срыв из устойчивого стационарного состояния споследующим длительным переходным процессом и возвратом к указанномусостоянию.Степень достоверности и апробация результатов работы.

Достоверностьполученных в ходе теоретического исследования результатов подтверждаетсяполученными экспериментальными данными, а также общим соответствием сданными,приведеннымивдругихработах.Материалыдиссертационногоисследования прошли апробацию в виде устных и стендовых докладов наследующих конференциях, в том числе международных: SPIE Photonics Europe 2016(7th International Conference “Semiconductor Lasers and Laser Dynamics”), Брюссель,Бельгия, 3 –7 апреля 2016; 17th International Conference “Laser Optics 2016”, Россия,Санкт-Петербург, 27 июня – 1 июля 2016 г; SPIE Photonics West 2016 (24thInternational Conference “Physics and Simulation of Optoelectronic Devices”), СанФранциско, США, 13 – 18 февраля 2016; European Quantum Electronics Conference2017, Мюнхен, Германия, 25-29 июня.Публикации.

По материалам диссертации опубликовано 7 печатных работ визданиях, индексируемых Scopus и Web of Science, рекомендованных ВАК вкачестве изданий для публикации результатов исследований при соискании ученойстепени кандидата наук, в том числе 3 публикации в научных журналах, 4публикации тезисов докладов.8Личный вклад автора. Цели и задачи исследования были определенысовместно диссертантом и научным руководителем. Теоретическое исследованиединамики лазерной генерации и анализ экспериментальных данных проводилисьдиссертантом. Подготовка к публикации результатов исследования выполняласьдиссертантом совместно с соавторами.Структура и объем диссертации.

Диссертационная работа состоит извведения, четырех глав и заключения. Работа изложена на 122 страницах, содержит34 рисунка, 6 таблиц, список использованной литературы, включающий 148наименований, и 1 приложение.СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫГлава 1. Полупроводниковые лазерыВпервомразделекраткорассматриваютсяисторическоеразвитиеполупроводниковых лазеров, особенности данных лазеров и актуальные на сегодняобласти их применения.Во втором разделе вводится понятие коэффициента амплитудно-фазовойсвязи, или α-фактора. Данный фактор количественно характеризует влияниезависимости коэффициента преломления среды от концентрации носителей на рядосновныххарактеристиклазерногоизлучения.Такжеα-фактороказываетсущественное влияние на устойчивость лазерной генерации. Наиболее ярко этопроявляется в полупроводниковых лазерах с инжекцией и обратной связью.В третьем разделе дан краткий обзор последних достижений в областиисследования динамики лазеров с оптической инжекцией и обратной связью, атакже режима генерации возбужденных колебаний.

Под оптической инжекциейпонимается ввод электромагнитного излучения, генерируемого управляющимлазером, в активную среду управляемого лазера. При этом могут наблюдаться каксинхронизация по частоте и фазе излучения управляемого лазера с излучениемуправляющего, так и сложный динамический отклик на инжектируемый сигнал.Обратная связь в лазере представляет собой перенаправление при помощикаких-либо технических средств части собственного излучения лазера обратно влазерный резонатор.

Понятие возбужденного колебания в настоящее время широко9употребляется для обозначения мощного нелинейного отклика динамическойсистемы,находящейсявсостояниеустойчивогоравновесия,наслабоевозмущающее воздействие, величина которого выше некоторого порогового уровня.Генерация возбужденных колебаний наблюдается в лазерах с насыщающимисяпоглотителями, полупроводниковых лазерах с инжекцией и обратной связью, влазерах с составным резонатором.В четвертом разделе кратко рассматриваются квантовые точки.

Под квантовойточкой в данной работе понимается кристалл полупроводника, в котором движениеносителей заряда ограничено некоторой замкнутой трехмерной областью. Линейныеразмеры данной области соизмеримы с длиной волны де Бройля для электронов всплошном полупроводнике. Поэтому квантовые точки обладают дискретнымэнергетическим спектром. Термодинамические и кинетические свойства квантовыхточек сильно отличаются от свойств обычных сплошных полупроводниковыхматериалов.В пятом разделе рассматриваются основные особенности лазеров наквантовых точках и перспективные области их использования.

Данные лазерысочетают в себе надёжность, эргономичность и низкую стоимость с высокимихарактеристиками излучения, приближенными к характеристикам излучениягазовых лазеров, и являются одними из наиболее востребованных в различныхприложениях. Лазеры на квантовых точках обладают высокими коэффициентамиусиления, низкими пороговыми токами накачки, высокой стабильностью работы,узкими спектральными линиями, широким диапазоном перестройки длины волныизлучения и низкой чувствительностью к температуре.Глава 2. Математическая модель лазера на квантовых точкахВо второй главе определяется система балансных уравнений, на основекоторой моделировалась динамика лазера на квантовых точках с оптическойинжекцией.

При построении уравнений баланса использовались следующиепредположения:поляризация среды адиабатически исключена, что обусловлено малым(десятки фс) временем релаксации поляризации в полупроводниках;10перенос носителей в квантовых точках и смачивающем слое носиткаскадный характер;доминирующим механизмом переноса носителей является фононнаярелаксация, при этом суммарный заряд носителей остается нейтральным;неоднородноеуширениевлияеттольконаамплитудно-фазовоевзаимодействие, при этом его влияние на усиливающие свойства среды неучитывается, так как излучение из основного состояния является одночастотным.Длясоставлениясистемыуравненийбалансаиспользоваласьсхемаэнергетических уровней, приведённая на рисунке 1.Рисунок 1 – Упрощенная схема энергетических уровней гетероструктуры наквантовых точках.

J – ток накачки; WL – смачивающий слой; индекс e соответствуетэлектронам, индекс h – дыркам; красными линиями показан основнойэнергетический уровень, синими – первый возбужденный уровень.Указанная система включает в себя уравнение для комплексной амплитудыполя излучения из основного состояния, уравнение для интенсивности излучения изпервого возбужденного состояний, уравнения для вероятности заполненияносителями указанных состояний и смачивающего слоя, уравнение для величинырасстройки и определяется в безразмерной форме следующим образом:11 1ggggE g   1  i     2 g  ne  nh  1  1  E   2t i  2    g e  n e  n e  1  E g  i    E g   eh         B  n  1  n   C  n  1  n   B   n  1  n   C   nn  t n  n  g  n  n  1  In   J  n  n  4  B   n  1  n   4  C   n tI e 4  g e  nee  nhe  1  1  I et 2  Be  1  neg  nee  2  Ce  neg  1  nee  neg  nhg neg  t g g  neg  nhg  1  I g 2  Bh  1  nhg  nhe  2  Ch  nhg  1  nhe  neg  nhg nhg  t g g  neg  nhg  1  I g Be  nee  1  neg  Ce  neg  1  nee  Be  ne  1  nee  Ce  neenee  t nee  nhe  g e  nee  nhe  1  I eehheheeehgheheeghehhehheeeeeenh   J  ne  nh  4  Bh  nh  1  nhe  4  Ch  nhet   0    c  I g  I etгде t tpeheeeehheh,(1); τ – время рекомбинации носителей; τp – время жизни фотона врезонаторе;  p; Eg – комплексная амплитуда поля излучения из основногосостояния; Ig, Ie – интенсивность излучения из основного и первого возбуждённогосостояния соответственно; α – коэффициент амплитудно-фазового взаимодействия;β – эмпирический коэффициент, учитывающий влияние неоднородного уширения;ε – интенсивность инжекции; gg, ge – коэффициент усиления, отнесенный к величинепотерь в резонаторе для основного и первого возбужденного уровня соответственно;neg , nhg – вероятность заполнения носителями основного состояния для электронов идырок соответственно; nee , nhe – вероятность заполнения носителями первого12возбужденногосостояниядляэлектроновидыроксоответственно;ne , nh – вероятность заполнения носителями смачивающего слоя для электронов идырок соответственно; J – ток накачки Δ – величина расстройки между частотойизлучениялазераичастотойизлученияинжекции;Be, Bh – скорость захвата носителей основным энергетическим уровнем дляэлектронов и дырок соответственно; Ce, Ch – скорость утечки носителей с основногоуровня на первый возбужденный для электронов и дырок соответственно;Be , Bh – скорость захвата носителей первым возбужденным уровнем изсмачивающегослоядляэлектроновидыроксоответственно;Сe , С h – скорость утечки носителей с первого возбужденного уровня всмачивающий слой для электронов и дырок соответственно; γ – скорость тепловойрелаксации; ∆0 – величина расстройки в отсутствие оптотермических эффектов,с – амплитуда термически индуцированного изменения показателя преломления.Таким образом, система (1) учитывает влияние на динамику генерацииамплитудно-фазового взаимодействия и неоднородного уширения.

Характеристики

Список файлов диссертации