Диссертация (1150634), страница 13
Текст из файла (страница 13)
Процедура создания ДС показана на рисунке 42.“Preparation cycle” – промежуток времени, в течение которого формируетсяпостоянная плотность экситонов в резервуаре, “work cycle” – промежуток времени,когда с помощью различных возбуждений можно создавать и разрушатьдиссипативный солитон, “P0 switch off” соответствует моменту, когда однороднаянакачка выключается, т.е. система остается без постоянного притока экситонов, чтоприводит к разрушению солитона за время τoff ≈ 100 ps. Если в дальнейшем98возобновить постоянную накачку “P0 switch on”, то резервуар выходит нанасыщение за время τr = 900 ps.Рисунок 42 - Протокол создания диссипативного солитона при Т = 0.
P0 –некогерентная, однородная накачка, которая используется для создания экситонов.Когда плотность экситонов nR (синяя кривая) выходит на насыщение, когерентныйи некогерентный световые импульсы возбуждают систему в момент t = 1500 ps.Когерентныйимпульс(красный)сдлительностью100fsувеличиваетконцентрацию поляритонов в основном состоянии (красная кривая), в то время2как некогерентный импульс (синий) с длительностью 1 ps увеличивает плотностьэкситонов.
Время включения (время формирования устойчивого пика) составляетτon = 600 ps. В момент времени t = 2500 ps, фоновая накачка выключается (времявыключения составляет τoff ≈ 100 ps), а затем включается. Время роста плотностиэкситонов до момента насыщения составляет τr = 900 ps [A2].Можно предложить альтернативный способ возбуждать диссипативные солитоны,не ждать насыщения резервуара, а что называется, «налету» создавать профильэкситонной и поляритонной плотности. Данный способ является более быстрым,однако более сложным, т.к. в каждый момент времени концентрация экситонов99меняется, и параметры пучков также должны подбираться в соответствии сэкситонной плотностью. Ниже представлен протокол создания диссипативныхполяритонов «налету».Рисунок 43 - Протокол создания ДС при Т = 0 для гетероструктуры, представленнойна Рисунок 40.
Возбуждение экситонов (синяя кривая) и поляритонов (краснаякривая) происходит в момент времени t = 100 ps. Когерентный импульсдлительности 100 fs увеличивает концентрацию поляритонов, в то время какнекогерентный импульс длительности 1 ns увеличивает плотность экситонов.Время включения составляет τon = 600 ps. В момент времени t = 1500 ps фоноваянакачка выключается, время релаксации солитона составляет τoff ≈ 100 ps. Времярелаксации резервуара составляет τr = 200 пс [A2].5.9УчетПоляритон-поляритонное рассеяниерассеянияполяритоновнаполяритонах,котороеобусловленовзаимодействием экситонов формирующих поляритоны резко изменяет свойствадиссипативных солитонов.
Рассеяние задается членом g , см. (5.16). В этом2случае происходит изменение свойств ДС, теперь уединенная волна формируетсяблагодаря балансу между (I) накачкой, дисперсией, и отталкиванием частиц (так100как g> 0) и (II) нелинейными потерями, где процессы (I) пытаются растянутьсолитон.Следуетоказываетсяподчеркнуть,полезным,такчтокакполяритон-поляритонноеэтоспособствуетвзаимодействиедополнительномупространственному сжатию профиля солитона, ширина которого теперь находитсяв субмикронном диапазоне. Уменьшение ширины пространственного профиляявляется прямым результатом этого дополнительного взаимодействия. На Рисунке44 (b) показано, как варьирование начального профиля накачки позволяетсоздавать различные пространственные конфигурации в стационарном состоянии:можно создавать как одиночный пик, так и мультипики.Рисунок 44 - Плотность ДС в КЯ в зависимости от поперечной координаты х ивремени t при температуре Т = 15 К. Формирование ДС с учетом поляритонполяритонного рассеяния частиц, α = 15 мкэВ/мкм2.
Параметры расчета:интенсивность накачки P0 = 48 пс-1. (a) одиночный солитон для Гауссового пучкаширины 1 мкм; (b) пара солитонов созданная посредством 2-мкм начальногоГауссового пучка. Врезка на панели (а) демонстрирует логарифмический профильДС с шириной менее 1 мкм в стационарном состоянии [A2].1016ЗаключениеВ диссертации изложены результаты экспериментальных и теоретическихисследований резонансных явлений, в частности, в нелинейных и активныхнаноструктурах фотоники.Работапосвященафундаментальнымаспектамнанофотоники, а также моделированию и изготовлению наноструктур.Резонансныеявлениястеклометаллическихнелинейнойнанокомпозитовнанофотоникиопределяютсянаразмером,основеформойихарактером металлических включений в диэлектрической матрице.
Оптическийоткликтакихнанокомпозитовопределяетсяколлективнымиколебаниямиэлектронов проводимости (поверхностных плазмонов), которые сильно зависят отформы частицы металла. С помощью уравнений Максвелла, используя эпсилонметод описаны спектры поглощения нанокомпозита и модифицирована формулаМаксвелла Гарнетта для нанокомпозита, состоящего из наночастиц сфероидальнойформы. В экспериментах показана возможность модификации спектров приоблучении СМН интенсивным фемтосекундным лазерным импульсом. Показано,что удлинение первоначально сферических наночастиц приводит к снятиювырожденияпополяризациипадающегосветаисмещениюрезонансаповерхностного плазмона, то есть к линейному дихроизму. Этот подход позволяетменять коэффициент поглощения, меняя форму сфероидальных частиц.Нелинейные эффекты в средах с металлическими нановключениями,например, генерация второй гармоники, сильно зависят от положения ППР.
Формананочастицы, а именно ее асимметрия, определяет величину дипольного моментана частоте второй гармоники. Используя численное моделирование былорассчитано распределение электрического поля в металлической полусфере наповерхности диэлектрика. Автором исследовано влияние острого края полусферына линейный и нелинейный отклик наночастицы. В частности, плазмонныйрезонанс полусферы проявляется в усилении второй гармоники при ее облучении102интенсивным световым пучком. Исследована зависимость сигнала ГВГ оттолщины диэлектрической оболочки, покрывающей металлическую наночастицу.Оптические и электронные свойства полупроводниковых наноструктур,таких как квантовые ямы или квантовые точки, определяются пространственнымквантованием носителей заряда в наноструктурах, то есть размером и формойнаноструктуры. Использование полупроводниковой наноструктуры в качествеактивной среды для лазера позволяет плавно настраивать излучающие переходы имоды резонатора.
В частности, использование микрорезонатора в форме дискапозволяет использовать МШГ, которые имеют чрезвычайно высокую добротность,для лазерной генерации. Изготовлены и изучены полупроводниковые дисковыемикрорезонаторысдиаметромв несколько микрон,которыеобладаютдобротностью более 20000. В таких сверхмалых резонаторах моды хорошоотделены друг от друга, это позволяет обеспечить одномодовую генерацию. Вданной диссертации вынужденное излучение встроенных в ультра малыймикрорезонатор InAs квантовых точек изучается с помощью измерениймикрофотолюминисценции.
Поскольку МШГ локализованы вблизи боковойповерхности резонатора, то степень гладкости поверхности имеет решающеезначение для приложений. В работе представлены методы изготовления,используемые для получения микро- и наноструктур с высокой гладкостьюбоковой стенки. Порог и эффективность микролазеров также определяютсяразмером и формой резонаторов. Они могут варьироваться в широком диапазоне взависимости от толщины и внутреннего диаметра кольца.Экситоны в полупроводниках могут резонансно взаимодействовать сосветом с образованием поляритонов.
Свойства этих бозонных квазичастицопределяются силой связи экситонов в квантовых ямах и фотонов. Проведеногтеоретическоеисследованиеполупроводниковойдинамикимикрорезонаторахэкситонныхсовстроеннымполяритоноввнасыщающимсяпоглотителем. В частности, показано, что нелинейное рассеяние приводит кбистабильному поведению поляритонного конденсата. Разработаны протоколы103формирования и разрушения солитона в таких структурах. Разработанамикроскопическая теория поляритонного лазера.
В частности, промоделированадинамика экситон-поляритонного ансамбля и продемонстрирован пороговыйхарактер зависимости числа квазичастиц от приложенного напряжения смещения.Важно подчеркнуть, что последние достижения в области нанотехнологийприводят к объединению явлений, описанных в диссертации. В частности, путемпокрытия наночастиц металлов J-агрегатами можно создавать гибридные плазмонэкситонных квазичастицы также известные как plexitons [151,152]. Этиквазичастицымогутобразовыватьконденсатаналогичнополяритонам,описанными в главе 5, и могут быть использованы для построения спазера [153156] и других новых устройств.
Поляритоны наблюдались в кольцевыхмикрорезонаторах, и поляритонная конденсация также была продемонстрированав цилиндрической геометрии [68-70]. С другой стороны, покрытие поверхностимикрорезонатораметаллическимслоемделаетвозможнымвозбуждениеТаммовских поляритонов [157].Основные результаты1. Разработана модель для описания спектра поглощения нанокомпозита,состоящего из эллипсоидальных металлических включений и предложен подход,позволяющий связать дихроизм нанокомпозита со степенью эллиптичностинаночастиц.2. Получено выражения для гиперполяризуемости металлической полусферы,покрытойдиэлектрическойоболочкой,иисследованазависимостьгиперполяризуемости от толщины оболочки и радиуса округления края полусферы.Показано усиление генерации второй гармоники на частоте плазмонногорезонанса. Оценено усиление локального электрического поля световой волныполя на остром крае полусферы.1043.
Разработана методика изготовления дисковых микрорезонаторов рекордномалого размера по сравнению с микрорезонаторами, полученными ранее спомощью оптической литографии. В этих микрорезонаторах продемонстрированалазерная генерация при комнатной температуре. Выбраны режимы травлениягетероструктуры, оптимизированы первичная и вторичная маски.4. Разработана методика модификации поверхности пленки карбида кремния спомощью электронной литографии для последующего выращивания на такойподложкевысококачественныхпленокнитридаалюминияпосредствомпендеоэпитаксии.5. На основе диссипативного уравнения Гросса-Питаевского теоретически описанообразование диссипативных солитонов в микрорезонаторах с насыщающимсяпоглотителем.6.
Теоретически описан поляритонный лазер, описание основывается намикроскопических уравнениях для резервуара и расчете концентраций экситонови поляритонов, а также порога конденсации для реальной структуры.105Список терминов и сокращенийАСО — атомно солевое осаждениеБЭК — Бозе-Эйнштейн КонденсатГВГ — генерация второй гармоникиДС — диссипативный солитонППР — поверхностный плазмонный резонансРИТ — реактивное ионное травлениеСЭМ — сканирующая электронная микроскопияSERS (от англ.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
