Влияние различных источников флуктуаций на статистические характеристики выходного излучения поверхностно излучающих полупроводниковых лазеров

  • Леонид Иванович Буров Белорусский государственный университет, пр. Независимости, 4, 220030, г. Минск, Беларусь
  • Александр Сергеевич Горбацевич Белорусский государственный университет, пр. Независимости, 4, 220030, г. Минск, Беларусь
  • Павел Михайлович Лобацевич Белорусский государственный университет, пр. Независимости, 4, 220030, г. Минск, Беларусь https://orcid.org/0000-0002-8630-4739
DOI: https://doi.org/10.33581/2520-2243-2019-3-12-21

Аннотация

На основе статистического моделирования проведен численный анализ влияния различных факторов (флуктуации интенсивности спонтанного испускания, концентрации неравновесных носителей, плотности инжекционного тока) на статистические характеристики выходного излучения поверхностно излучающих полупроводниковых лазеров в области поляризационной неустойчивости. В этой области эффект флуктуаций проявляется  максимальным образом, что позволяет сделать обоснованные выводы об относительном влиянии различных параметров. В теории полупроводниковых лазеров принято считать, что доминирующим источником флуктуа ций служат флуктуации интенсивности спонтанного испускания, а всеми остальными источниками можно пренебречь.  Анализ данных результатов статистического моделирования показывает, что такое утверждение излишне жесткое  и данный источник не является доминирующим. Более того, как показали результаты моделирования, основной вклад определяется флуктуациями концентрации неравновесных носителей, которые могут быть связаны не только  с флуктуациями спонтанного испускания. Именно учет флуктуаций концентрации носителей, которые приводят к флуктуациям коэффициента усиления, позволяет получить весь набор зависимостей, которые наблюдаются экспериментально. Такой результат нельзя непосредственно связать с особенностями принятой модели, тем более  что в ней спонтанное излучение рассматривается как существенный фактор и, если бы его влияние было действительно доминирующим, это обязательно сказалось бы на результатах статистического моделирования. Поэтому  полученные данные позволяют усомниться в главенствующей роли флуктуаций интенсивности спонтанного испускания в процессе формирования статистических характеристик выходного излучения и принять во внимание  флуктуации концентрации неравновесных носителей.

Биографии авторов

Леонид Иванович Буров , Белорусский государственный университет, пр. Независимости, 4, 220030, г. Минск, Беларусь

кандидат физико-математических наук, доцент; доцент кафедры общей физики физического факультета

Александр Сергеевич Горбацевич, Белорусский государственный университет, пр. Независимости, 4, 220030, г. Минск, Беларусь

кандидат физико-математических наук; доцент кафедры общей физики физического факультета

Павел Михайлович Лобацевич , Белорусский государственный университет, пр. Независимости, 4, 220030, г. Минск, Беларусь

магистрант кафедры общей физики физического факультета. Научный руководитель – Л. И. Буров

Литература

  1. Panajotov K, Prati F. Polarization Dynamics of VCSELs. VCSELs. 2013;166:181–231. DOI: 10.1007/978-3-642-24986-0_6.
  2. Zamorra-Munt J, Masoller C. Exploiting noise and polarization bistability in vertical-cavity surface-emitting lasers for fast pulse generation and logic operations. In: Ludge K, editor. Nonlinear laser dynamics: from quantum dots to cryptography. Berlin: Wiley-VCH; 2012. p. 35–56. DOI: 10.1002/9783527639823.ch2.
  3. Henry CH. Theory of the linewidth of semiconductor lasers. IEEE Journal of Quantum Electronics. 1982;18(2):259–264. DOI: 10.1109/JQE.1982.1071522.
  4. Valle A, Sciamanna M, Panajotov K. Irregular pulsating polarization dynamics in gain-switched vertical-cavity surface-emitting lasers. IEEE Journal of Quantum Electronics. 2008;44(2):136 –143. DOI: 10.1109/JQE.2007.910707.
  5. San Miguel M, Feng Q, Moloney JV. Light-polarization dynamics in surface-emitting semiconductor lasers. Physical Review A. 1995;52(2):1728–1739. DOI: 10.1103/physreva.52.1728.
  6. Burov LI, Gorbatsevich AS, Lobatsevich PM. The induced amplification dichroism in surface-emitting semiconductor lasers. Vestnik BGU. Seriya 1. Fizika. Matematika. Informatika. 2016;3:63–70. Russian.
  7. Burov LI, Gorbatsevich AS, Lobatsevich PM. The effect of the orientational anisotropy of VCSEL parameters on the possibility to implement polarization switching. Journal of the Belarusian State University. Physics. 2018;1:51–57. Russian.
  8. Willemsen MB, Khalid MUF, van Exter MP, Woerdman JP. Polarization switching of a vertical-cavity semiconductor laser as a Kramers hopping problem. Physical Review Letters. 1999;82(24):4815– 4818. DOI: 10.1103/PhysRevLett.82.4815.
  9. Willemsen MB, van Exter MP, Woerdman JP. Anatomy of a polarization switch of a vertical-cavity semiconductor laser. Physical Review Letters. 2000;84(19):4337– 4340. DOI: 10.1103/PhysRevLett.84.4337.
  10. Burov LI, Gorbatsevich AS, Lobatsevich PM. Polarization switching transients in surface-emitting semiconductor lasers. Journal of the Belarusian State University. Physics. 2018;2:17–24. Russian.
  11. Burov LI, Gorbatsevich AS, Lobatsevich PM. [Affect of carrier and injection current noise on statistical parameters of surface-emitting semiconductor lasers]. In: Poluprovodnikovye lazery i sistemy na ikh osnove. 10­i Belorussko­Rossiiskii seminar; 26 –29 maya 2015 g.; Minsk, Belarus’ [Semiconductor lasers and systems. 10th Belarusian-Russian workshop; 2015 May 26 –29; Minsk, Belarus]. Minsk: Kovcheg; 2015. p. 88–90. Russian.
  12. Burov LI, Gorbatsevich AS, Lobatsevich PM. The effect of spontaneous emission on the VCSEL laser output polarization. Journal of the Belarusian State University. Physics. 2017;2:50 –56. Russian.
  13. Goeman S, Boons S, Dhoedt B, Vandeputte K, Caekebeke K, Van Daele P, et al. First demonstration of highly reflective and highly polarization selective diffraction gratings (GIRO-Gratings) for long-wavelength VCSEL’s. IEEE Photonics Technology Letters. 1998;10(9):1205–1207. DOI: 10.1109/68.705591.
Опубликован
2019-10-03
Ключевые слова: полупроводниковый лазер, поляризация, флуктуации
Как цитировать
Буров , Л. И., Горбацевич, А. С., & Лобацевич , П. М. (2019). Влияние различных источников флуктуаций на статистические характеристики выходного излучения поверхностно излучающих полупроводниковых лазеров. Журнал Белорусского государственного университета. Физика, 3, 12-21. https://doi.org/10.33581/2520-2243-2019-3-12-21
Выпуск
№ 3 (2019): Журнал Белорусского государственного университета. Физика
Раздел
Физика лазеров

Copyright (c) 2019 Журнал Белорусского государственного университета. Физика

Лицензия Creative Commons

Это произведение доступно по лицензии Creative Commons «Attribution-NonCommercial» («Атрибуция — Некоммерческое использование») 4.0 Всемирная.

Авторы, публикующиеся в данном журнале, соглашаются со следующим:

  1. Авторы сохраняют за собой авторские права на работу и предоставляют журналу право первой публикации работы на условиях лицензии Creative Commons Attribution-NonCommercial. 4.0 International (CC BY-NC 4.0).
  2. Авторы сохраняют право заключать отдельные контрактные договоренности, касающиеся неэксклюзивного распространения версии работы в опубликованном здесь виде (например, размещение ее в институтском хранилище, публикацию в книге) со ссылкой на ее оригинальную публикацию в этом журнале.
  3. Авторы имеют право размещать их работу в интернете (например, в институтском хранилище или на персональном сайте) до и во время процесса рассмотрения ее данным журналом, так как это может привести к продуктивному обсуждению и большему количеству ссылок на данную работу. (См. The Effect of Open Access).