مشخصه های کلیدزنی و پایداری دوسویه لیزرهای حلقه ای نیمه هادی با تزریق نوری بیرونی

چکیده

مقدمه

شکل 1. SRL دایره ای با یک تزریق نوری خروجی. پیش از اضافه شدن تزریق نوری   لیزر در مسیر پادساعتگرد کار می کند.

 مطالعات نظری

مدل دو-حالته

 شرایط سوییچینگ

شکل 2. نمایشی از مسیرهای شدت حالت پادساعتگرد و ساعتگرد (نرمال شده به یک حالت) در نمودار فازی به شرط  . خطوط تیره ی پر مسیرهای   هستند، و خطوط تیره ی پررنگ مسیرهای   می باشند. (a) بدون تزریق بیرونی. (b) با تزریق نسبتا کم. (c) با تزریق کافی.

ناحیه ی قفل شدگی

 تجزیه تحلیل های پایداری

 نتایج محاسبات و شبیه سازی

جدول 1. پارامترهای SRL

شکل 3. نایحه های سوییچ شده، قفل شدگی، و قفل شدگی پایدار محاسبه شده ی مینیمم. خط-نقطه نسبت تزریق مینیمم مورد نیاز برای دست یابی flip-ping برای یک فرکانس خروج از تشدید مشخص می باشد، ناحیه ی قفل شدگی بین دو خط پر (ممتد) بدست آمده است. شکل ریزش بیان می کند که نتایج شبیه سازی شده (ناحیه ی با سیاهی در بینش) با تقاطع آن سه ناحیه مطابق بوده و تطابق خوبی بدست آمده است.

شکل 4. توان خروجی گذرای عددی موج پیوسته نوری خروجی ساعتگرد (خط پر) و پادساعتگرد (خط-تیره) تزریق شده در 200 پیکوثانیه، و   است.مسیر لیزری از پادساعتگرد (مسیر لیزری اولیه) به ساعتگرد (مسیر لیزری پایانی) تغییر مسیر می دهد. یک خط-نقطه ی پایینی و دوتا خط نقطه ی بالایی، نشان دهنده 10% تلفات از توان اولیه می باشند.

بحث و نتیجه گیری

شکل 5. مینیمم زمان نشست شبیه سازی شده برای ساعتگرد (خط تیره) و پادساعتگرد (خط پر) (a) در فرکانس خروج از تشدید متفاوت، (b) در نسبت تزریق متفاوت،(c) نسبت تزریق برای مینیمم زمان نشست در فرکانس خروج از تشدید متفاوت، و (d) فرکانس خروج از تشدید برای مینیمم زمان نشست، در نسبت تزریق متفاوت.

ضمیمه ی A: پاسخ های حالت ماندگار، با و بدون تزریق بیرونی

ضمیمه B: ضرایب درون ماتریس اختلال

ما هم بصورت آنالیزی و هم بصورت محاسباتی مشخصه های کلیدزنی، قفل شدگی، و پایداری دوسویه یک لیزر حلقه ای نیمه هادی در معرض یک تزریق نوری بیرونی را بررسی می کنیم. کمینه توان نوری مورد نیاز سیگنال تزریق در فرکانسی مشخص برای سوییچ کردن مسیر لیزر کردن یک لیزر حلقه ای نیمه هادی از مسیر لیزری اولیه خود به مسیر غیرلیزری اولیه آن، تعیین شده است. به منظور یافتن ناحیه ی عملیات سوییچینگ قابل اطمینان، قفل شدگی سیگنال تزریقی و پایداری لیزر سوییچ شده مورد بررسی قرار گرفته اند. به همین سان، به منظور یافتن سوییچینگ (کلیدزنی) موفق و ناحیه ی قفل شدگی پایدار با توان و فرکانس تزریق متغیر،شبیه سازی های عددی انجام گرفته اند و با نتایج آنالیزی مورد مقایسه قرار گرفته اند. ناحیه ای که با استفاده از شبیه سازی بدست امد، تطابق خوبی با محل تقاطع ناحیه های سوییچینگ، قفل شدگی و قفل شدگی پایدار دارد. روابط میان پارامترها و سرعت سوییچینگ منبع تزریق شده نیز بصورت عددی مورد بررسی قرار گرفته است.

لیزرهای حلقه ای نیمه هادی (SRLها( با توجه به ویژگی بی همتای پایداری دوسویه ی آنها [1] و [2] _یعنی قابلیت آنها برای عملکرد در دو مسیر لیزری پایدار مشخص (مسیر ساعتگرد (CW) و مسیر پادساعتگرد (CCW)) که در شکل 1 نشان داده شده است_ و کاربردهای قوی آنها در سیستم های نوری برای کاربردهای منطق تمام-اپتیک، سوییچ نوری، و حافظه ی نوری [3] و [4]، توجه زیادی را به خود جلب کرده اند. تغییر از یک مسیر لیزری به مسیر دیگر را می توان با تزریق بیرونی انرژی نوری به مسیر غیرلزری قبل _که یک فرآیند رقابت حالت موافق این مسیر را به منظور مسیر لیزری شدن در پایان فرایند آغاز می کند_ می توان انجام داد. با وجود اینکه امکان پذیری و تحقیق دست یابی به پایداری دوسویه ی لیزرهای دوحالته از طریق رقابت حالت با استفاده از یک تزریق نوری خروجی، نه تنها بصورت ریاضیاتی به ظرافت با استفاده از یک مدل ایده آل نشان داده شد، بلکه بصورت آزمایشی [5]-[7] نیز نشان داده شده است، با این حال در کاربردهای عملی بایستی به پرسش های زیادی در رابطه با فرآیند سوییچینگ پاسخ گفته شود. به منظور اینکه منبع تزریق نوری خروجی بتواند سوییچینگ را انجام دهد، جنبه های ناشناخته ی مربوطه عبارتند از اینکه توان یا انرژی نوری برای تحریک سوییچینگ محیا باشد، بازه ی فرکانسی مجاز خروج از حالت رزونانسی، که نه تنها در آن سوییچینگ رخ دهد، بلکه لیزر نیز بطور پایدار در تزریق بیرونی در مرحله ی پایانی قفل بماند. ما در این مقاله نظریه ی کلی را به نظریه ای واقع گریاینه تر و دقیق تر _برای یک SRL با دو حالت ضد-انتشار بسط داده، و شرایط مورد نیاز برای دست یابی به سوییچینگ قابل اطمینان در یک SRL با استفاده از یک سیگنال نوری خروجی را مورد مطالعه قرار می دهیم. نخست فرمول شرایط مورد نیاز برای یک موج نوری پیوسته با تزریق بیرونی، با توان و فرکانس خروج از رزونانس مشخص، برای فرکانس درحال اجرای آزاد SRL را بدست می آوریم. سپس تجزیه تحلیل های مروبط به پایداری و قفل شدگی را با فرض اینکه مسیر لیزری به منبع تزریق خروجی سوییچ شده است، انجام می دهیم. نتایج شبیه سازی عددی با نتایج بدست آمده از مطالعه های تیوری مقایسه می شوند. اثرات فرکانس خروج از رزونانس و توان تزریق بر روی سرعت نیز در پایان مورد مطالعه قرار می گیرند.