Z-11
Transkrypt
Z-11
Załącznik nr 11 do sprawozdania merytorycznego z realizacji projektu badawczego Szybka nieliniowość fotorefrakcyjna w światłowodach półprzewodnikowych do zastosowań w elementach optoelektroniki zintegrowanej i telekomunikacji optycznej Nr UMO-2011/01/B/ST7/06234 Teoretyczna analiza nieliniowej propagacji fal o ograniczonym przekroju poprzecznym prowadzonych w warstwie PMQW. Ocena możliwości generacji solitonów przestrzennych, modelowanie numeryczne ich propagacji i oddziaływań między nimi Wykonawcy: Andrzej Ziółkowski Szczecin 2015 1 Zrealizowane w ramach zadania teoretyczne prace badawcze dotyczące analizy nieliniowej propagacji światła w półprzewodnikowych strukturach falowodowych z warstwą MQW podzielić można na trzy zagadnienia: Po pierwsze, aby analiza nieliniowej propagacji światła w badanych strukturach mogła być możliwa konieczne było przeprowadzenie prac na stworzeniem odpowiedniej metody obliczeniowej umożliwiającej szczegółowe badania w tym zakresie. Ponieważ procesy fizyczne zachodzące podczas oddziaływania światła z fotorefrakcyjnymi strukturami półprzewodnikowymi są bardzo złożone (ich model matematyczny oparty jest na układzie minimum siedmiu nieliniowych, cząstkowych, silnie ze sobą sprzężonych równań różniczkowych) nie jest możliwe rozwiązanie tego problemu w oparciu o techniki analityczne. W związku z powyższym opracowano metodę numeryczną dającą możliwość szczegółowej analizy procesów fizycznych zachodzących w półprzewodnikach charakteryzujących się bipolarnym transportem nośników oraz efektem gorących elektronów. Szczegóły stworzonego algorytmu przedstawiono w publikacjach: A. Ziółkowski, “Numerical approach to nonlinear propagation of light in photorefractive media”, Computer Physics Communications 185, 504 (2014). (nr 5 w spisie publikacji ) A. Ziółkowski, “The numerical complex approach to analysis of nonlinear propagation of light in photorefractive media”, 50 Years of Nonlinear Optics, NLO 50 International Symposium, Barcelona, Spain 2012. Drugim zagadnieniem podjętym w ramach realizacji zadania były zrealizowane w oparciu o opracowaną metodę szczegółowe badania procesów fizycznych zachodzących podczas propagacji światła we wspomnianych materiałach. Podczas badań stwierdzono, że gaussowska wiązka laserowa oddziałując z analizowaną strukturą, powinna generować odpowiedź fotorefrakcyjną charakteryzującą się silną nielokalnością przestrzenną. W szczególności wykryto, że charakterystyczne dla wytworzonych struktur: bipolarny transport nośników jak i efekt gorących elektronów przyczyniają się do silnej asymetrii rozkładu pola elektrycznego generowanego przez symetryczną wiązkę gaussowską. Idąc dalej stwierdzono możliwość zakrzywiania toru propagacji wiązek solitonowych w oparciu o ten mechanizm. Jest to nowa, nie oparta na wykorzystywanym w tym celu zjawisku dyfuzji, możliwość sterowania zakrzywieniem wiązki laserowej. Szczegóły badań przedstawione zostały w publikacjach: A. Ziółkowski, “ Self-bending of light in semiconductors with hot-electron effect”, Optics Express 22, 4, 4599-4605 (2014) (nr 6 w spisie publikacji ). A. Ziołkowski, "Self-deflection of optical beams in semiconductors with hotelectron effect", 14th Conference on Photorefractive Effects, Materials and Devices, 4-6 September, Winchester, UK 2013. Trzecim zagadnieniem podjętym w ramach realizacji zadania były działania pozwalające na uwzględnienie efektów nielokalności czasowej. Ten typ nielokalności jest niezwykle istotny szczególnie w kontekście oceny szybkości przełączania sygnałów optycznych w analizowanych strukturach. Aby efekty 2 nielokalności czasowej były poprawnie uwzględniane w opracowanej metodzie numerycznej zaproponowano dwa nowe podejścia obliczeniowe. Z porównania pierwotnej i zmodyfikowanej metody wynika, że uwzględnienie efektów nielokalności czasowej nie wpływa na stwierdzone wcześniej zjawiska zakrzywiania toru wiązek solitonowych. Ma jednak, czego należało się spodziewać, istotny wpływ na czas odpowiedzi fotorefrakcyjnej. Szczegóły przeprowadzonych w tym obszarze badań przedstawione zostały w publikacji: A. Ziółkowski, “Numerical method for an analysis of nonlinear light propagation in photorefractive media - time nonlocal approach”, Optics Express 22, S7, A1907 – A1925 (2014) (nr 7 w spisie publikacji ) . 3