Генерация пространственно-когерентного излучения в лазерах с двумерной распределенной обратной связью

• Автор: Барышев, Владимир Рудольфович
• Шифр специальности: 01.04.04, 01.04.03
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2012
• Место защиты: Нижний Новгород
• Количество страниц: 132 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
Глава 1. Электродинамические характеристики двумерных брэгговских резонаторов оптического диапазона
1.1. Простейшая модель двумерного брэгговского резонатора на основе среды с двумерно-периодической модуляцией диэлектрической проницаемости
1.2. Спектр собственных мод двумерного брэгговского резонатора
1.3. Двумерные брэгговские резонаторы на основе планарных диэлектрических волноводов с двумерно-периодически гофрированной поверхностью
1.4. Прямое численное моделирования двумерных брэгговских структур в рамках кода CST Microwave studio
Глава 2. Динамика лазеров с двумерной распределенной обратной связью
2.1. Полуклассическая нестационарная модель лазера с двумерной РОС
2.2. Динамика лазеров с двумерной РОС на основе связи волн ТМ типа
2.2.1. Условия самовозбуждения
2.2.2. Численное моделирование нелинейной динамики в балансном приближении
2.2.3. Автомодельные решения
2.2.4. Влияние эффекта диффузии носителей
2.2.5. Влияние паразитных отражений от торцов диэлектрической структуры
2.2.6. Влияние неоднородного уширения спектральной линии активной среды
2.3. Моделирование и оценка параметров полупроводникового гетеролазера на основе связи волн ТМ и ТЕ типа
2.4. Лазеры со светондуцированной двумерной РОС
2.5. Генерация импульсов сверхизлучения в условиях двумерной РОС

ЗАКЛЮЧЕНИЕ
ЛИТЕРАТУРА
Список цитируемой литературы
Список публикаций автора по теме диссертации

Введение
В лазерах наряду с использованием внешних квазиоптических резонаторов широко распространенным методом создания обратной связи является использование распределенной обратной связи (РОС) на основе различных модификаций периодических структур [1-27]. В таких структурах имеет место распределенное (брэгговское) отражение, при котором периодически расположенные слабо отражающие элементы формируют рассеянную волну излучения. Среди достоинств указанного способа реализации обратной связи можно указать узкую полосу отражения, облегчающую задачу генерации монохроматического излучения, а также компактность и технологичность, которая обусловлена отсутствием внешних отражающих элементов.
В оптическом частотном диапазоне традиционно используются диэлектрические волноведущие структуры, в которых электромагнитное излучение удерживается за счет эффекта полного внутреннего отражения от скачков диэлектрической проницаемости на границах. Одновременно такие структуры позволяют инкорпорировать широкий класс активных сред, таких как гетеропереходы, активные ионы редкоземельных элементов, а также молекулы красителей в твердых растворах. В диэлектрических структурах очевидным методом создания брэгговских решеток является периодическая модуляция эффективной диэлектрической проницаемости. В простейшем случае это может быть периодическая модуляция показателя преломления. Однако в практических реализациях более часто используется периодическая модуляция внешней границы волновода или модуляция границы раздела двух различных диэлектриков внутри структуры. Активная среда может располагаться как непосредственно в гофрированной области волновода, так и в пространстве между двумя брэгговскими зеркалами, формирующими двухзеркальный резонатор [28-32]. Брэгговские структуры в настоящее время

Важно подчеркнуть, что в рамках сделанных приближений (приближение геометрической оптики и пренебрежение омическими потерями), соотношение между добротностями мод с различными индексами не зависит от геометрических размеров системы. При этом в случае /2=2/х основная мода {п -т- 0} превосходит ближайшую по добротности моду [п - 0, т = 1} в два раза. Следовательно, при возбуждении двумерного брэгговского резонатора активной средой, можно выбрать коэффициент линейного усиления среды так, чтобы пороговое условие генерации оказалось выполненным только для основной моды резонатора, обеспечив ее селективное возбуждение и, как следствие одномодовую генерацию в лазере с пространственно развитой в двух направлениях активной средой. Однако, как будет показано ниже в разделе
2.2.2, при исследовании нелинейной динамики, стационарный одночастный режим генерации может быть реализован и при более значительных превышениях порога, когда условия самовозбуждения выполнены для нескольких мод.
Важно также отметить, что наличие мод внутри полосы брэгговского резонанса в отсутствие дефектов периодичности можно рассматривать в качестве специфической особенности исследуемых двумерных брэгговских структур, отличающих их как от одномерных (однопериодических) прототипов [1-27], так и двумерных фотонных кристаллов [93-103], где для формирования мод необходимо внесение дефектов периодичности. Как следствие, электромагнитная энергия в основной моде двумерного брэгговского резонатора не сосредоточена вблизи дефектов, а, напротив, распределена в направлениях х я г вдоль всей области модуляции диэлектрической проницаемости. При этом характер пространственного распределения амплитуд парциальных волн, как и в случае одномерного брэгговского резонатора [1,3], определяется