۲۳۸۰۵پ
per
همزمانی سالیتون های کاواک در میکرومشددهای نیم رسانا
Synchronization of Cavity Solitons in semiconductor micro-resonators
/شایسته رحمانی انباردان
: فیزیک فیزیک کاربردی و ستاره شناسی
، ۱۳۹۸
، راشدی
۱۱۲ص
چاپی - الکترونیکی
دکتری
فوتونیک
۱۳۹۸/۰۶/۱۳
تبریز
برهمکنش دو سالیتون کاواک در یک لیزر گسیل سطحی با تزریق خارجی که بالای حد آستانه لیزرزایی قرار دارد بررسی شد .بررسی برهمکنش این سالیتون ها در ناحیه تزریق قفل شده و در ناحیه هوپف انجام شد .برهمکنش سالیتون ها در ناحیه تزریق قفل شده نشان داد که این سالیتون ها نیروی جاذبه ای را تجربه می کنند که این نیرو برای فواصل بیشتر از قطر سالیتون نیز وجود دارد و در نهایت منجر به یکی شدن سالیتون ها می شود .از آنجائیکه زمان یکی شدن به صورت نمایی به فاصله اولیه سالیتون ها بستگی دارد، در این رساله، پتانسیل برهمکنشی به صورت نمایی کاهنده برای این نیروی جاذبه پیشنهاد شد که مشابه پتانسیل برهمکنشی است که در مواد آب گریز مشاهده می شود .نشان داده شد که پتانسیل پیشنهادی به خوبی با نتایج حاصل از شبیه سازی عددی همخوانی دارد و زمان یکی شدن سالیتون ها به ویژگی های زمانی لیزر از جمله طول عمر فوتون ها و طول عمر حامل ها وابسته است .برهمکنش سالیتون ها در ناحیه هوپف یعنی قبل از ناحیه قفل شدگی تزریق، در دو نقطه انتخابی از این ناحیه بررسی شد :الف (در وسط ناحیه هوپف و ب (در نقطه ای درست قبل از ناحیه تزریق قفل شده .بررسی برهمکنش سالیتون ها در این نواحی نشان داد که سالیتون ها به صورت خود به خود حرکت کرده و پس از رسیدن به یک فاصله آستانه متوقف می شوند یا پس از رسیدن به هم یکی می شوند و رفتار برهمکنشی سالیتون ها در دو نقطه مورد بررسی در این ناحیه متفاوت است .همچنین، اهمیت استفاده از معادلات کامل ماکسول-بلاخ در این ناحیه نیز بررسی شد .به این صورت که یکبار بر همکنش سالیتون ها با استفاده از معادلات کامل که شامل معادله مربوط به تغییرات پلاریزاسیون ماده نیز است، بررسی شد و یکبار این برهمکنش با حذف آدیاباتیک پلاریزاسیون انجام شد .نتایج بررسی ها نشان داد که حذف آدیاباتیک پلاریزاسیون منجر به پیش بینی های نادرست می شود .مزیت استفاده از معادلات کامل ماکسول-بلاخ در مدل سازی لیزر مورد مطالعه، وجود معادله مربوط به پلاریزاسیون است که پذیرفتاری پیچیده ماده نیم رسانا را شبیه سازی می کند و از ظهور رفتارهای غیر فیزیکی پس زمینه جلوگیری می کند .ولی استفاده از این معادلات باعث کند شدن شبیه سازی ها و افزایش زمان لازم برای شبیه سازی می شود زیرا تفاوت مقیاس زمانی متغیرهای دینامیکی متفاوت، از مرتبه چهار است .از طرفی حذف آدیاباتیک پلاریزاسیون به این معنی است که پهنای خط بهره نامحدود فرض شده که این فرض منجر به رفتارهای غیرفیزیکی در پس زمینه می شود .بنابراین، با گنجاندن یک جمله مربوط به انتشار در معادله ماکسول، به منظور محدود کردن پهنای خط بهره، اثبات شد که می توان نتایج حاصل از معادلات کامل را با استفاده از معادلات کاهش یافته ای که از حذف آدیاباتیک پلاریزاسیون به دست آمده، دوباره تولید کرد .همچنین در این رساله با مدوله کردن دو سالیتون به صورت موضعی امکان همزمان شدن نوسانات آنها بررسی و نشان داده شد که دامنه مدولاسیون سالیتون ها نقش مهمی در همزمانی آنها ایفا می کند به این صورت که همزمانی سالیتون ها فقط زمانی امکان پذیر است که برهمکنش سالیتون ها به شدت نامتقارن باشد به عبارتی یک سالیتون با دامنه بیشتری نسبت به سالیتون دیگر مدوله شود .به علاوه با در نظر گرفتن دامنه های مدولاسیون متفاوت، نامیزانی های متفاوت و فواصل متفاوت بین دو سالیتون، به طوری که برهمکنش مناسبی بین سالیتون ها وجود داشته باشد، یک سوئیچ فرکانسی تمام نوری با سرعت بالا مطرح شد که سرعت عملکرد آن حدود چند ده نانوثانیه است .در این رساله همچنین امکان استفاده از سالیتون ها به عنوان یک ترکیب کننده فرکانس تمام نوری و یا اپتوالکترونیکی به دلیل ماهیت غیرخطی سالیتون ها مطرح شد .امکان پذیر بودن طرح پیشنهادی با استفاده از تفاوت فرکانسی بین نوسانگرها و همچنین قدرت نسبی آنها مورد مطالعه و بررسی قرار گرفت
We analyse the interaction of two cavity solitons in an optically injected vertical cavity surface emitting laser above threshold. This interaction is studied in the Hopf and in the injection-locked areas. We show that the two solitons in the injected-locked area experience an attractive force even when their distance is much larger than their diameter, and eventually they merge. Since the merging time depends exponentially on the initial distance, we suggest that the attraction could be associated with an exponentially decaying interaction potential, similarly to what is found for hydrophobic materials. We also show that the merging time is simply related to the characteristic times of the laser, photon lifetime, and carrier lifetime. The interaction of two cavity solitons in a driven semiconductor laser in the Hopf region is also investigated. It means that We focus on the case in which the solitons have an unstable background because the laser is below the injection locking threshold. We show that the solitons move spontaneously and either reach some equilibrium distance or merge. Different behaviours are found depending on how far from the injection locking threshold is the laser. The laser is modelled by a set of effective Maxwell-Bloch equations which include an equation for the macroscopic polarisation that mimics the complex susceptibility of the semiconductor. In that way we avoid the emergence of an unphysical behaviour of the background which instead appears when the polarisation is adiabatically eliminated, which amounts to assuming infinite gain linewidth. The simulations are slow because the time scales of the different dynamical variables differ by four orders of magnitude. On the other hand, we show that a reduced model where the polarisation is adiabatically eliminated leads to incorrect predictions. Yet, we show that the results of the complete set of equations can be accurately reproduced with a reduced set of equations where the polarisation is adiabatically eliminated but a diffusion term is included in Maxwell equation, which accounts for the finiteness of the gain linewidth
Synchronization of Cavity Solitons in semiconductor micro-resonators
رحمانی انباردان، شایسته
Rahmani Anbardan, Shayesteh
سیاه و سفید
نمایه‌سازی قبلی
