Режим автоколебаний излучения лазера с резонансной фазовой нелинейностью

  • Елена Валерьевна Тимощенко Мoгилёвский государственный университет им. А. А. Кулешова, ул. Космонавтов, 1, 212022, г. Могилёв, Беларусь
  • Владимир Антонович Юревич Белорусский государственный университет пищевых и химических технологий, пр. Шмидта, 3, 212027, г. Могилёв, Беларусь

Аннотация

Представлена резонансная модель генерации полупроводникового лазера, излучающего на длинах волн ИК-диапазона, в которой учтена нелинейная фазовая перестройка резонансного материального отклика среды и поля вынужденного излучения. Схема моделирования генерации основывается на модификации уравнений Максвелла – Блоха для материалов с квантово-размерными эффектами. При условии относительно высокой концентрации квантовых точек, представляемых дипольными частицами, для этих сред типично сочетание нелинейных эффектов, вызывающих динамику фазового соотношения поля и резонансной поляризованности. К ним относят взаимное влияние ближних полей дипольных частиц, резонансную нелинейную рефракцию, оптический эффект Штарка. Результаты численного расчета и качественный анализ модели показали, что особая неустойчивость излучения обусловлена оптическим эффектом Штарка, которым поддерживается действенный уровень амплитудно-фазовой связи в схеме лазера. Продемонстрировано, что именно фактор нелинейного штарковского смещения резонансной линии усиления способен дестабилизировать устойчивые состояния лазерной системы. Во взаимосвязи с остальными механизмами фазовой нелинейности эффект Штарка порождает автомодуляционную динамику в вынужденном излучении, стимулируя интересный с практической точки зрения режим самоподдерживающихся пульсаций интенсивности.

Биографии авторов

Елена Валерьевна Тимощенко, Мoгилёвский государственный университет им. А. А. Кулешова, ул. Космонавтов, 1, 212022, г. Могилёв, Беларусь

кандидат физико-математических наук, доцент; заведующий кафедрой физики и компьютерных технологий факультета математики и естествознания



Владимир Антонович Юревич, Белорусский государственный университет пищевых и химических технологий, пр. Шмидта, 3, 212027, г. Могилёв, Беларусь

доктор физико-математических наук, профессор; профессор кафедры техносферной безопасности и общей физики механического факультета

Литература

  1. Baimuratov AS, Rukhlenko ID, Turkov VK, Baranov AV, Fedorov AV. Quantum-dot supercrystals for future nanophotonics. Scientific Reports. 2013;3:1727. DOI:10.1038/srep01727.
  2. Salii RA, Mintairov SA, Nadtochiy AM, Nevedomskii VN, Shvarts MZ, Kalyuzhnyy NA. Comparative analysis of the optical and physical properties of InAs and In0.8Ga0.2As quantum dots and solar cells based on them. Semiconductors. 2020;54(10):1267–1275. DOI: 10.1134/S1063782620100255.
  3. Zainabidinov SZ, Saidov AS, Boboev AY, Usmonov JN. Features of the properties of the surface of (GaAs)1 – x – y(Ge2)x(ZnSe)y semiconductor solid solution with ZnSe quantum dots. Journal of Surface Investigation: X-ray, Synchrotron and Neutron Techniques. 2021;15(1):94–99. DOI: 10.1134/S102745102101016X.
  4. Borri P, Langbein W, Schneider S, Woggon U, Sellin RL, Ouyang D, et al. Rabi oscillations in the excitonic ground-state transition of InGaAs quantum dots. Physical Review B. 2002;66(8):081306. DOI:10.1103/PhysRevB.66.081306.
  5. Htoon H, Takagahara T, Kulik D, Baklenov O, Holmes AL Jr, Shih CK. Interplay of Rabi oscillations and quantum interference in semiconductor quantum dots. Physical Review Letters. 2002;88(8):087401. DOI:10.1103/PhysRevLett.88.087401.
  6. Vasil’ev PP. Strong coupling regime and Rabi oscillations in GaAs/AlGaAs heterostructures as a consequence of electron-hole pair condensation at room temperature. Pis’ma v ZhETF. 2022;115(7–8):424–430. Russian. EDN: FKVUXH.
  7. Sanchez F, Brunel M, Martel G, Aїt Ameur K. Local field correction to the second laser threshold. Physical Review A. 2000; 61(3):033817. DOI: 10.1103/PhysRevA.61.033817.
  8. Garmire E. Resonant optical nonlinearities in semiconductors. IEEE Journal of Selected Topics and Quantum Electronics. 2000; 6(6):1094–1110. DOI: 10.1109/2944.902158.
  9. Unold T, Mueller K, Lienau C, Elsaesser T, Wieck AD. Optical Stark effect in a quantum dot: ultrafast control of single exciton polarizations. Physical Review Letters. 2004;92(15):157401. DOI:10.1103/PhysRevLett.92.157401.
  10. Slobodeniuk AO, Koutenský P, Bartoš M, Trojánek F, Malý P, Novotný T, et al. Semiconductor Bloch equation analysis of optical Stark and Bloch – Siegert shifts in monolayer WSe2 and MoS2. Physical Review B. 2022;106(23):235304. DOI: 10.1103/PhysRevB.106.235304.
  11. Ханин ЯИ. Лекции по квантовой радиофизике. Hижний Новгород: ИПФ РАН; 2005. 224 с.
  12. Oraevskii AN. Dynamics of lasers with a saturable absorber. Kvantovaya elektronika. 2003;33(10):849–855. Russian.
  13. Апанасевич ПА. Основы теории взаимодействия света с веществом. Степанов БИ, редактор. Минск: Наука и техника; 1977. 496 с.
  14. Timoshchenko EV. Dynamical mode of laser radiation in quantum dots structures with the optical stark effect. Nonlinear Phenomena in Complex Systems. 2024;27(2):185–193. DOI: 10.5281/zenodo.12621694.
  15. Andryushkin VV, Novikov II, Gladyshev AG, Babichev AV, Karachinsky LYa, Dudelev VV, et al. Features of epitaxial growth by MBE of thin highly strained InGaAs/InAlAs layers on InP substrates. Zhurnal tekhnicheskoi fiziki. 2023;93(8):1166–1172. Russian. DOI: 10.21883/JTF.2023.08.55979.41-23.
Опубликован
2024-10-04
Ключевые слова: лазерное излучение, полупроводниковые квантово-размерные структуры, самопульсации ин­тенсивности, оптический эффект Штарка
Как цитировать
Тимощенко, Е. В., & Юревич, В. А. (2024). Режим автоколебаний излучения лазера с резонансной фазовой нелинейностью. Журнал Белорусского государственного университета. Физика, 3, 41-49. Доступно по https://journals.bsu.by/index.php/physics/article/view/6507
Выпуск
№ 3 (2024): Журнал Белорусского государственного университета. Физика
Раздел
Лазерная физика

Copyright (c) 2024 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).