Диссертация (1149847)

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

Текст из файла

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшегообразования «Санкт-Петербургский государственный университет»На правах рукописиДубинкин Илья НиколаевичНЕЛИНЕЙНЫЕ И СТОХАСТИЧЕСКИЕ ЭФФЕКТЫ В ЛАЗЕРАХ НАКВАНТОВЫХ ТОЧКАХ01.04.21 – Лазерная физикаДИССЕРТАЦИЯна соискание ученой степеникандидата физико-математических наукНаучный руководитель:кандидат физико-математических наук,профессор Викторов Е.А.Санкт-Петербург – 20182ОглавлениеВведение ...........................................................................................................................

41 Полупроводниковые лазеры ..................................................................................... 101.1 Развитие полупроводниковых лазеров ....................................................... 101.2 Коэффициент амплитудно-фазовой связи .................................................. 131.3 Динамика лазеров с инжекцией и обратной связью .................................. 161.3.1 Динамика лазеров с оптической инжекцией ................................. 171.3.2 Динамика лазеров с обратной связью ............................................ 221.3.3 Режим возбужденных колебаний ................................................... 261.3.4 Квантовые точки ..............................................................................

311.3.5 Лазеры на квантовых точках .......................................................... 341.4 Выводы по главе............................................................................................ 402 Математическая модель лазера на квантовых точках ............................................ 412.1 Лазер на квантовых точках как динамическая система ............................

412.2 Выводы по главе............................................................................................ 533 Режим возбужденных колебаний II рода в лазере на квантовых точках ............. 543.1 Экспериментальное наблюдение и теоретическое обоснованиегенерации возбужденных колебаний II рода....................................................

543.2 Выводы по главе............................................................................................ 774 Режим возбужденных колебаний I рода в лазере на квантовых точках............... 784.1 Стохастическая природа генерации возбужденных колебаний I рода.... 784.2 Динамика изменения фазы в режиме возбужденных колебаний I рода .

944.3 Выводы по главе............................................................................................ 973Заключение .................................................................................................................... 98Список источников ....................................................................................................... 99Список иллюстраций .................................................................................................. 115Список таблиц ............................................................................................................. 117Приложение А.

Основы теории бифуркаций ........................................................... 1184ВведениеАктуальность темы исследования и степень её разработанности.Полупроводниковые лазеры широко востребованы в современной науке итехнике. К наиболее значимым областям применения данных лазеров относятсяоптическая передача данных, оптическая запись информации, метрология испектроскопия, 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 спостояннорастущимитребованиямикскоростипередачиданныхвоптоволоконных сетях стимулирует интерес исследователей к разработке новыхисточников излучения для передачи информации.Кроме того, несмотря на многолетний опыт успешного применения лазеровна квантовых 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 относительновысокой чувствительности к изменениям температуры и флуктуациям токанакачки, а также о наличии неустойчивостей, связанных с отражением излученияот оптоволокна.

Последнее является одной из причин, стимулирующихисследования полупроводниковых лазеров с обратной связью.Наиболее перспективными с точки зрения замены лазеров на квантовыхямах являются лазеры на квантовых точках. Основная особенность квантовыхточек заключается в том, что в данных структурах движение носителей зарядаограничено замкнутой трехмерной областью.

Данный факт позволяет в теории5сформировать для ансамбля квантовых точек дискретный энергетический спектр,характерный для одиночных атомов. Благодаря этому излучение лазеров наквантовых точках характеризуется узкими спектральными линиями. Кроме того,для данных лазеров характерны высокие коэффициенты усиления и низкиепороговые токи накачки, высокая стабильность работы, широкий диапазонперестройки частоты излучения.Растущие требования к скорости передачи информации по оптическимканалам связи, а также перспективные разработки в области интегральныхоптических схем и кремниевой фотоникистимулируют исследования,направленные как на разработку новых методов получения ансамблей квантовыхточек с низкой дисперсией, так и на изучение лазерной динамики с цельюудовлетворения растущих потребностей в лазерных системах на основе ужеимеющихся полупроводниковых структур.Повышенный интерес исследователей вызывает сложная нелинейнаядинамика генерации, имеющая место в полупроводниковых лазерах с инжекциейи обратной 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 полупроводниковыхлазеров и возникающей необходимостью проведения новых теоретическихисследований динамики генерации для повышения эффективности процессаразработки и последующей диагностики данных систем.Целью диссертационной работы является теоретическое исследованиединамики генерации излучения в лазере на квантовых точках с инжекциейвнешнего оптического сигнала.В рамках диссертационной работы поставлены следующие задачи:6 разработать математическую модель лазера на квантовых точках синжекцией внешнего оптического сигнала на основе балансного подхода; провести анализ имеющихся экспериментальных данных о режимахработы лазера на квантовых точках с инжекцией внешнего оптического сигнала; провести численное моделирование и анализ режима возбужденныхколебаний II рода, возникающего в лазерах на квантовых точках с инжекциейвнешнегооптическогосигнала,исследоватьвозможностьуправленияпараметрами данного режима; провести численное моделирование и анализ режима возбужденныхколебаний I рода, возникающего в лазерах на квантовых точках с инжекциейвнешнегооптическогосигнала,исследоватьвозможностьуправленияпараметрами данного 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; исследованавозможностьуправленияпараметрамирежимавозбужденных колебаний II рода в лазере на квантовых точках с инжекцией; проведен анализ влияния стохастических факторов на динамикугенерации лазера на квантовых точках с инжекцией.Теоретическая и практическая значимость работы определяется тем, чтобыла разработана и апробирована математическая модель лазера на квантовыхточках с инжекцией внешнего оптического сигнала, способная описатьнаблюдаемую экспериментально динамику лазерной генерации для широкого7диапазона условий.

Соответствие между полученными экспериментальнымиданными и результатами численного моделирования позволяет использоватьуказанную модель при разработке новых устройств на основе лазеров наквантовых точках.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.

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