Диссертация (1149960), страница 4
Текст из файла (страница 4)
При этом их относительный вклад зависит отсоотношения потерь в резонаторе и коэффициента отражения переднего зеркала. При очень маленьких потерях между зеркалами образуется стоячая волнабольшой амплитуды, что дает интенсивную выходящую из резонатора волну.На частоте резонаторной моды ее амплитуда превышает амплитуду прямогоотражения в два раза. При этом они находятся в противофазе. В этом случаеспектральная зависимость фазы отражения монотонно меняется в диапазоне от0 до 2 при переходе через частоту резонаторной моды. Если же поглощениев межзеркальном промежутке сильное, то амплитуда стоячей волны мала, выходящая волна имеет маленькую амплитуду, и отраженная волна формируетсяв основном передним зеркалом.
В этом случае роль резонатора для отражениясвета незначительна. Для фазы это означает, что она не меняется на 2 припереходе через частоту резонаторной моды. Между очень большими и оченьмаленькими потерями существует такая величина потерь, при которой волна,выходящая из резонатора, и волна, отраженная от переднего зеркала, на частоте резонаторной моды имеют одинаковую амплитуду и противоположную фазу.Тем самым они полностью компенсируют друг друга. В этом случае отражение на этой частоте полностью отсутствует, а производная от фазы отраженияпо частоте становится бесконечно большой.
Этот режим называется режимомсогласования импеданса, поскольку вся падающая мощность поглощается в резонаторе.18Одной из ранних демонстраций усиления керровского вращения в резонаторах являлась работа [14], где было исследовано отражение света от гетероструктуры CdMgTe с квантовыми ямами между двумя барьерами, одиниз которых контактирует с слоем из индия, а второй — с воздухом. Индий —сверхпроводник I типа при температурах меньше 3.4 К, использованных в эксперименте, и являлся металлическим зеркалом в образце.
В этой работе созданатеоретическая модель на основе метода матриц переноса и получено выражение для амплитудного коэффициента отражения от структуры. Также былополучено выражение для угла керровского вращения при приложении магнитного поля. Авторы указали несколько условий для получения максимальногокерровского вращения света. Во-первых, в случае одной квантовой ямы в резонаторе набег фазы света на толщине резонатора до металлического слоя иобратно (с учетом сдвига фазы при отражении от металлического слоя) должен быть кратен 2. Во-вторых, квантовая яма должна быть расположена впучности поля. В-третьих, угол керровского вращения растет с увеличениемколичества квантовых ям.
На образце с тремя ямами авторами экспериментально получено керровское вращение 3.9∘ и его усиление в 8 раз по сравнениюс тем же образцом, но без отражающего металлического слоя.Режим согласования импеданса в резонаторе исследовался в работе [15].Авторы предложили чувствительный метод измерения поглощения среды, основанный на использовании резонатора для усиления взаимодействия света сизучаемым веществом. При этом они варьировали параметры системы, такиекак пропускание переднего зеркала и длина поглощающего образца, с цельюдостижения согласования импеданса.
Для рассмотренной системы условием согласования импеданса являлось: 1 = 2 − , где 1 и 2 — амплитудные коэффициенты отражения переднего и заднего зеркал резонатора, — коэффициентпоглощения образца в резонаторе и — длина образца. В работе теоретически показано, что в режиме согласования импеданса должен наблюдаться минимальный дробовой шум системы. Эксперимент проводился для волоконногокольцевого резонатора с двумя регулируемыми ответвителями, один из которыхнужен для ввода излучения в резонатор, а второй выводит часть излучения имоделирует внутрирезонаторные потери. Используя амплитудную модуляцию19лазера и резонатор в режиме согласования импеданса, авторы получили чувствительность измерения поглощения в резонаторе на уровне дробового шума.В работе [16] использовалась та же модуляционная методика, что и впредыдущей статье [15], для системы из двух пустых резонаторов с общим зеркалом и изменяемыми резонаторными промежутками.
Один из резонаторов,эталон, использовался как зеркало с регулируемым коэффициентом отражениядля второго резонатора. Он имел значительно меньшую длину, чтобы минимизировать фазовый сдвиг отраженного света. Эта система в целом может рассматриваться как длинный пустой резонатор с варьируемым коэффициентомотражения одного из зеркал. Условием согласования импеданса в этом резонаторе является равенство амплитудных коэффициентов отражения переднего изаднего зеркал. В работе [16] экспериментально продемонстрировано, что изменение коэффициента отражения эталона с помощью изменения его толщиныпозволяет достичь режима согласования импеданса для всей системы из двухрезонаторов.В работе [17] авторы исследовали фазовое поведение отраженного светав режимах до и после согласования импеданса в микрорезонаторе с регулируемым поглощением.
В межзеркальном промежутке располагалось 19 квантовых ям GaAs/AlGaAs, поглощение в которых изменялось с помощью квантоворазмерного эффекта Штарка. Авторы предложили создать фазовый переключатель для отраженного света, используя наблюдаемый скачок фазы. Былотеоретически показано, что при фиксированных коэффициентах отражения переднего и заднего зеркал увеличение поглощения внутри резонатора сначалауменьшает полную мощность отраженного света на частоте резонаторной модывплоть до нуля (условие согласования импеданса), а затем снова увеличивает.При этом основную роль в отражении света сначала играет заднее зеркало, азатем переднее. Поскольку фазы отражений от зеркал сдвинуты на , то и фаза отраженного от всей системы света испытывает сдвиг на при изменениивнутрирезонаторного поглощения и переходе системы через точку согласования импеданса. Таким образом, устройство, способное изменять поглощение врезонаторе с переключением между этими двумя режимами (до и после согласования импеданса) будет также переключать фазу отраженного света.
Авторамиэкспериментально получен фазовый сдвиг на 90∘ при внесении потерь в 6 дБ.20Для микрорезонатора AlGaAs/AlAs с тремя квантовыми ямамиGaAs/AlGaAs керровское вращение было изучено в работе [18]. Авторами использовалась пикосекундная методика накачки-зондирования для измерениякерровского вращения с разрешением по времени. Для подстройки энергий резонаторной моды и экситонного резонанса температуру образца варьировали вшироких пределах.
Поскольку энергии фотонов моды резонатора и экситонногорезонанса по-разному зависят от температуры, оказалось возможным изменятьразницу между ними (отстройку) от отрицательных до положительных значений. Спектр керровского вращения при нагревании микрорезонатора от 180 до300 К изменял форму с одиночного пика при низкой температуре на структурус положительным и отрицательным пиками, похожую на производную функции Лоренца. Переход происходил при температуре, соответствующей близкойк нулю отстройке.
Авторы объяснили этот эффект переходом системы через режим согласования импеданса, который в свою очередь был вызван изменениемпоглощения при увеличении отстройки.Для квантовых ям в резонаторе фотоиндуцированная гиротропия и, темсамым, керровское вращение определяются экситонной компонентой поляритонов. Экситонная доля в поляритонах зависит от расстройки между экситонной и фотонной модами и выражается коэффициентом Хопфилда [5]. Керровское вращение было использовано в целом ряде работ [19–27] для изученияполяритон-поляритонных взаимодействий. Эти взаимодействия зависят от экситонной доли в поляритоне и могут быть определены по сдвигу энергии экситона и насыщению экситонного поглощения.
Нужно отметить, что их зависимостьот спина, экситон-фотонной отстройки и мощности накачки все еще предметобсуждения. Однако, надежно установлено, что сильная оптическая накачкаведет к насыщению экситонного перехода, за которым следует возникновениережима слабой связи и диссоциации экситона. Таким образом, переход к режиму слабой связи ограничивает фотоиндуцированное керровское вращение вполяритонных системах при больших мощностях накачки. В литературе сообщалось об углах порядка 10∘ для керровского вращения, что намного меньшетеоретического предела в 90∘ для вращения плоскости поляризации в геометрии на отражение [28; 29]. Причиной этого является отсутствие согласованияимпеданса, которое обеспечивает максимальное усиление фотоиндуцированной21гиротропии.
Для достижения этого режима поглощение в резонаторе должнобыть достаточно малым. Поэтому, в случае размещения квантовой ямы в микрорезонаторе и получения режима сильной связи, резонансное поглощение поляритонных мод делает достижение согласования импеданса сложной задачей.Для оптимизации фотоиндуцированного керровского вращения в микрорезонаторе с квантовой ямой должен быть найден баланс между максимизациейэкситонных эффектов и минимальным поглощением.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
