مقاله تاثیر فاز پس خوراند اپتیکی بر شدت خروجی لیزر نقطه کوانتومی

بخشی از مقاله

چکیده

در این مقاله تاثیر فاز پسخوراند اپتیکی بر پایداري و دینامیک شدت خروجی لیزر نقطه کوانتومی مورد مطالعه قرار گرفته است. نمودارهاي زمانی و دوشاخه شدگی شدت خروجی لیزر با استفاده از معادلات تعمیم یافته لانگ – کابایاشی براي لیزر نقطه کوانتومی رسم شده است. نتایج بدست آمده نشان می دهند که در حضور پسخوراند اپتیکی، دامنه و دینامیک شدت خروجی میتواند تحت تاثیر قرار بگیرند. همچنین نشان داده شد که تغییرات جمعیت الکترون و حفره لیزر نقطه کوانتومی وابسته به تغییرات جزئی فاز پسخوراند اپتیکی است. براي مقادیر کوچک فاز پسخوراند لیزر با دینامیک پایدار و براي مقادیر بالا با دینامیک ناپایدار عمل می کند.

مقدمه

امروزه لیزرهاي نقطه کوانتومی در مقایسه با لیزرهاي چاه کوانتومی به دلیل داشتن ویژگی هاي منحصربفرد از جمله جریان آستانه پایین، حساسیت دمایی ،پالسهاي باریک تر و توان مصرفی پایین تر برتري دارند.[3-1] یک تفاوت متمایز بین لیزرهاي نقطه کوانتومی از لیزرهاي چاه کوانتومی نیمه رساناي مرسوم، دینامیک پراکندگی حامل خاص بین ترازهاي مستقیم کوانتوم دات و زیرباند از اطراف مخزن حامل است.[4]از مزیت هاي لیزر نقطه کوانتومی می توان به نشان دادن یک ثبات دمایی خوب از جریان آستانه و متوقف کردن انتشار غیر تعادلی حامل ها که نتیجه آن کاهش نشت ازناحیه فعال است اشاره کرد.[5] بهره اپتیکی نیز در لیزرهاي نقطه کوانتومی با افزایش در طول کاواك لیزري افزایش می یابد.[6] باتوجه به این ویژگی ها،در سالهاي اخیر این لیزرها براي کاربردهاي مخابراتی متنوعی مورد توجه قرار گرفته اند.[7]

بسیاري از مطالعات انجام شده در زمینه خواص انتشار در سیستم هاي مخابراتی مبتنی بر لیزرهاي نیمهرسانا، در سیستمهایی صورت پذیرفته که در معرض پسخوراند نوري قرار گرفتهاند. از ویژگی-هاي معمول حضور پسخوراند نوري در این سیستم ها، کاهش درآستانه جریان تزریقی براي ایجاد نوسانات لیزري و افزایش در توان خروجی لیزر است. علاوه بر آن، پسخوراند نوري می تواند باعث ایجاد آشفتگی در لیزر گردد که در پی آن سرعت نوسانات لیزر افزایش می کهیابد البته از این نوسانات می توان در مخابرات ایمن استفاده نمود. در این مقاله پایداري و تغییرات دینامیکی یک لیزر نقطه کوانتومی در حضور پسخوراند اپتیکی مورد مطالعه قرارگرفته است. با قرار دادن آینه خارجی در کاواك خارجی لیزر و بااصلاح جمله مربوط به میدان در معادلات نرخ لیزري، نحوه این تاثیر و عملکرد پسخوراند نوري بر روي عملکرد لیزر به صورت عددي مورد بررسی قرار گرفته است.

توصیف نتایج
در این بخش با استفاده از معادلات 1تا 8 به تحلیل تحول شدت خروجی لیزر، جمعیت الکترونها و حفره ها پرداخته می شود.دراین بررسی با استفاده از معادلات ذکر شده بالا می توان تصویري واضح از نحوه تاثیر پسخوراند اپتیکی بر عملکرد لیزر داشت.در ابتدا به بررسی نحوه تاثیر پسخوراند اپتیکی بر تغییرات شدت میدان خروجی می پردازیم.  براي این منظور شدت پسخوراند اپتیکی را ثابت و برابر با 0/0036و فاز پسخوراند را به عنوان
پارامتر کنترل و متغیر در بازه ي CP  در نظر میگیریم.
شکل - - 2 نمودار دوشاخه شدگی تغییرات شدت میدان خروجی را نسبت به تغییرات فاز پسخوراند نمایش می دهد. همانطور که در این شکل مشاهده می شود در قسمت مرکزي نمودار - بین دو خط عمودي نقطه چین - براي مقادیر کوچک فاز پسخوراند بیشترین مقدار شدت خروجی از لیزر نقطه کوانتومی قابل دریافت است.همچنین در این بازه نوسانات لیزري به صورت پایدارمی باشد.افزایش در مقدار شدت پسخوراند به طور همزمان هم باعث کاهش در اندازه دامنه نوسانات لیزري و هم باعث ایجاد ناپایداري در نوسانات لیزري می گردد.

در ادامه بررسی با استفاده از این نمودار می توان تاثیر مقدار فاز پسخوراند را بر نحوه تحول زمانی شدت خروجی مشاهده نمود. در شکل - 3 - نمودار تحول زمانی شدت میدان خروجی لیزر براي دو مقدار فاز پسخوراند - با استفاده از شکل - 2 رسم شده است. شکل -3 - الف - براي= 0/0314و شکل - -3ب - براي رسم شده است. همانطور که از این شکل مشاهده می شود تحول زمانی شدت میدان خروجی لیزردر شکل -3 - الف - پایدار و پریودیک می باشد. این در حالی است که با افزایش مقدار ، پایداري و نظم اولیه در تحول زمانی فازمیدان خروجی لیزر از بین رفته و مقدار دامنه نوسانات براي میدان لیزري در مقایسه با حالت قبل کاهش می یابد - شکل-3ب - .در ادامه این بخش، شرایطی را در نظر می گیریم که لیزر تحت اثر دو مقدار پسخوراند اپتیکی - شکل -3الف و -3ب - قرار گرفته است.

حال شرایطی که تغییر در فاز پسخوراند اپتیکی چگونه می تواند عملکرد تغییرات جمعیت الکترونها و حفره ها را در یک لیزر نقطه کوانتومی تحت تاثیر قرار دهد را بررسیبدینمی کنیم. منظور ابتدا نسبت بین تغییرات شدت میدان و جمعیت الکترونها را در حضور پسخوراند بررسی می کنیم - در. در شکل -4 - الفحضور مقدار کم براي پسخوراند اپتیکی شاهد نسبت تغییرات منظمی بین شدت میدان لیزري تولید شده و جمعیت الکترونها هستیم. در مرحله دمش الکترونها به باند انرژي بالا، با افزایش جمعیت الکترونها شدت میدان کاهش می یابد و در مرحله گذارالکترونها از باند انرژي بالا به پایین - الکترونتابشبه حفره - وفوتون و تولید لیزر، از مقدار جمعیت الکترونها کاسته می شودودامنه شدت میدانفرآیندلیزري افزایش می یابد - شکل - 1 و این مجددا تکرار می گردد. حال با افزایش مقدار فاز پسخوراند می توان شاهد بود که این نسبت منظمی که بین شدت میدان لیزري تولید شده و جمعیت الکترونها برقرار بود کاملا از بین رفته و