Поляризационная динамика поверхностно излучающих полупроводниковых лазеров при наличии двух точек поляризационного переключения в рабочем диапазоне инжекционного тока

  • Леонид Иванович Буров Белорусский государственный университет, пр. Независимости, 4, 220030, г. Минск, Беларусь
  • Павел Михайлович Лобацевич Белорусский государственный университет, пр. Независимости, 4, 220030, г. Минск, Беларусь
  • Дмитрий Олегович Гавриков Белорусский государственный университет, пр. Независимости, 4, 220030, г. Минск, Беларусь

Аннотация

Проведено численное моделирование процессов поляризационного переключения (ПП) в случае наличия двух относительно близких точек ПП. Анализ полученных результатов показывает, что если сдвиг точек ПП значительно больше суммы ширин ПП для каждой из точек, которая существенно зависит от соотношения скорости изменения инжекционного тока и величины относительной анизотропии эффективного коэффициента усиления, то процессы переключения поляризации в области точек ПП идут практически независимо. Однако если для сдвига точек ПП указанное условие не выполняется, то при превышении некоторого критического значения скорости изменения инжекционного тока характер ПП начинает меняться: сначала проявляется незавершенное ПП (степень поляризации не достигает предельного значения) с последующим нивелированием ПП вплоть до его практически полного исчезновения. Это связано с высокой инерционностью процесса перестройки поляризации выходного излучения вблизи точек ПП. Использование треугольных импульсов с высокой скоростью изменения тока позволяет практически полностью погасить проявления ПП, т. е. обеспечивает возможность не технологического, а динамического устранения влияния ПП.

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

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

старший преподаватель кафедры общей физики физического факультета

Дмитрий Олегович Гавриков, Белорусский государственный университет, пр. Независимости, 4, 220030, г. Минск, Беларусь

студент физического факультета. Научный руководитель – Л. И. Буров

Литература

  1. Буров ЛИ, Горбацевич АС, Лобацевич ПМ. Наведенный дихроизм усиления в поверхностно излучающих полупроводниковых лазерах. Вестник БГУ. Серия 1, Физика. Математика. Информатика. 2016;3:63–70. EDN: XIBRIH.
  2. Буров ЛИ, Горбацевич АС, Лобацевич ПМ. Роль спонтанного испускания в формировании поляризованного излучения VCSEL. Журнал Белорусского государственного университета. Физика. 2017;2:50–56. EDN: THYPBN.
  3. Буров ЛИ, Горбацевич АС, Лобацевич ПМ. Влияние ориентационной анизотропии параметров поверхностно излучающих полупроводниковых лазеров на возможность получения поляризационных переключений. Журнал Белорусского государственного университета. Физика. 2018;1:51–57. EDN: MJANSH.
  4. Jadan M, Addasi JS, Burov LI, Gorbatsevich АS, Lobatsevich PM. Polarization switching mechanism in surface-emitting semiconductor lasers. Optik. 2018;158:118–126. DOI: 10.1016/j.ijleo.2017.11.147.
  5. Буров ЛИ, Горбацевич АС, Лобацевич ПМ. Переходные процессы при поляризационных переключениях в поверхностно излучающих полупроводниковых лазерах. Журнал Белорусского государственного университета. Физика. 2018;2:17–24. EDN: YSICXR.
  6. Jadan M, Addasi JS, Flaifel MH, Burov LI, Gorbatsevich AS, Lobatsevich PM. The effect of VCSEL intrinsic dynamics on polarization bistability. Results in Physics. 2019;14:102379. DOI: 10.1016/j.rinp.2019.102379.
  7. Буров ЛИ, Горбацевич АС, Лобацевич ПМ. Влияние различных источников флуктуаций на статистические характеристики выходного излучения поверхностно излучающих полупроводниковых лазеров. Журнал Белорусского государственного университета. Физика. 2019;3:12–21. DOI: 10.33581/2520-2243-2019-3-12-21.
  8. Джадан М, Буров ЛИ, Горбацевич АС, Соколов ЕС. Переключение поляризации излучения в одномодовом инжекционном полупроводниковом лазере. Журнал прикладной спектроскопии. 2009;76(5):717–724. EDN: KUISEJ.
  9. 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.
  10. Danckaert J, Nagler B, Albert J, Panajotov K, Veretennicoff I, Erneux T. Minimal rate equations describing polarization switching in vertical-cavity surface-emitting lasers. Optics Communications. 2002;201(1–3):129–137. DOI: 10.1016/S0030-4018(01)01668-6.
  11. Quirce A, Valle A, Pesquera L, Thienpont H, Panajotov K. Measurement of temperature-dependent polarization parameters in long-wavelength VCSELs. IEEE Journal of Selected Topics in Quantum Electronics. 2015;21(6):1800207. DOI: 10.1109/JSTQE.2015.2410260.
  12. Wang Q, Guan B, Liu K, Liu X, Jiang X, Ma Y, et al. Temperature dependent polarization switch of 850-nm VCSELs with different apertures. Optics and Laser Technology. 2014;63:19–23. DOI: 10.1016/j.optlastec.2014.03.001.
  13. Liu Y, Ng W-C, Choquette KD, Hess K. Numerical investigation of self-heating effects of oxide-confined vertical-cavity surface-emitting lasers. IEEE Journal of Quantum Electronics. 2005;41(1):15–25. DOI: 10.1109/JQE.2004.839239.
  14. Burov LI, Labatsevich PM. Modelling thermal effects on polarisation switching in surface-emitting semiconductor lasers. Journal of the Belarusian State University. Physics. 2024;2:20–29. EDN: NDMNCW.
  15. Masoller C, Torre MS. Modeling thermal effects and polarization competition in vertical-cavity surface-emitting lasers. Optics Express. 2008;16(26):21282–21296. DOI: 10.1364/OE.16.021282.
  16. Valle A, Shore KA, Pesquera L. Polarization selection in birefringent vertical-cavity surface-emitting lasers. Journal of Lightwave Technology. 1996;14(9):2062–2068. DOI: 10.1109/50.536974.
  17. Ning CZ, Moloney JV. Thermal effects on the threshold of vertical-cavity surface-emitting lasers: first- and second-order phase transitions. Optics Letters. 1995;20(10):1151–1153. DOI: 10.1364/OL.20.001151.
  18. Kuo W-C, Wu Y-H, Li Y-C, Yen T-C. Criticalities and phase transition in the polarization switching of vertical-cavity surfaceemitting lasers. IEEE Photonics Technology Letters. 2012;24(24):2262–2264. DOI: 10.1109/LPT.2012.2226572.
  19. Torre MS, Masoller C. Dynamical hysteresis and thermal effects in vertical-cavity surface-emitting lasers. IEEE Journal of Quantum Electronics. 2010;46(12):1788–1794. DOI: 10.1109/JQE.2010.2046139.
  20. Pérez P, Valle A, Pesquera L. Polarization-resolved characterization of long-wavelength vertical-cavity surface-emitting laser parameters. Journal of the Optical Society of America B. 2014;31(11):2574–2580. DOI: 10.1364/JOSAB.31.002574.
  21. Pérez P, Valle A, Noriega I, Pesquera L. Measurement of the intrinsic parameters of single-mode VCSELs. Journal of Lightwave Technology. 2014;32(8):1601–1607. DOI: 10.1109/JLT.2014.2308303.
  22. Quirce A, Valle A, Pesquera L, Panajotov K, Thienpont H. Effect of temperature on polarization switching in long-wavelength VCSELs. In: Lei C, Choquette KD, editors. Vertical-cavity surface-emitting lasers XIX; 2015 February 11–12; San Francisco, USA. Bellingham: SPIE; 2015. p. 93810X (Proceedings of SPIE; volume 9381). DOI: 10.1117/12.2079742.
  23. Augustin LM, Smalbrugge E, Choquette KD, Karouta F, Strijbos RC, Verschaffelt G, et al. Controlled polarization switching in VCSELs by means of asymmetric current injection. IEEE Photonics Technology Letters. 2004;16(3):708–710. DOI: 10.1109/LPT.2004.823693.
  24. Debernardi P, Unold HJ, Maehnss J, Michalzik R, Bava GP, Ebeling KJ. Single-mode, single-polarization VCSELs via elliptical surface etching: experiments and theory. IEEE Journal of Selected Topics in Quantum Electronics. 2003;9(5):1394–1405. DOI: 10.1109/JSTQE.2003.819487.
  25. Blokhin SA, Maleev NA, Bobrov MA, Kuz’menkov AG, Vasil’ev AP, Zadiranov YuM, et al. Vertical-cavity surface-emitting lasers with intracavity contacts and a rhomboidal current aperture for compact atomic clocks. Quantum Electronics. 2019;49(2):187–190. DOI: 10.1070/QEL16871.
  26. Barve AV, Zheng Y, Johansson L, Mehta A, Husain A, Coldren L. Ultrafast polarization modulation in vertical cavity surface emitting lasers with frequency dependent current injection. Applied Physics Letters. 2012;101(25):251104. DOI: 10.1063/1.4772540.
  27. Masoller C, Torre MS, Mandel P. Influence of the injection current sweep rate on the polarization switching of vertical-cavity surface-emitting lasers. Journal of Applied Physics. 2006;99(2):026108. DOI: 10.1063/1.2160711.
Опубликован
2025-01-31
Ключевые слова: поляризационное переключение, поверхностно излучающий полупроводниковый лазер, анизотропия, поляризационный гистерезис
Как цитировать
Буров, Л. И., Лобацевич, П. М., & Гавриков, Д. О. (2025). Поляризационная динамика поверхностно излучающих полупроводниковых лазеров при наличии двух точек поляризационного переключения в рабочем диапазоне инжекционного тока. Журнал Белорусского государственного университета. Физика, 1, 38-48. Доступно по https://journals.bsu.by/index.php/physics/article/view/6830
Выпуск
№ 1 (2025): Журнал Белорусского государственного университета. Физика
Раздел
Лазерная физика

Copyright (c) 2025 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).