|
а
15 20 25 t (пс)
б
Аналогичные сигналы автокорреляции и оптические
спектры наблюдались для ряда лазеров.
Измерения с помощью фотоэлектронного регистра- тора с временной разверткой (разрешение 3 пс) показа-
Рис.3. Оптические импульсы лазера с модуляцией добротности в сильном поле, полученные методом компьютерного моделирования с использованием автокорреляционных сигналов при обратном смещении ИЬ = - 6.0 В (а) и -7.0 В (б).
«Квантовая электроника», 21, № 6 (1994) 587
6 I (отн.ед.) 5
4
3
2 1 2
1
0 1 2 3 t (пс) Рис.4. Увеличенное изображение первых импульсов из обеих по- следовательностей импульсов, изображенных на рис.3, при обрат- ном смещении ИЬ = - 6.0 (1) и -7.0 В (2). Относительное положение последовательностей импульсов во времени произвольно.
из двух (рис.3, а) или трех (рис.3,б) субимпульсов.
Первые импульсы из этих двух последовательностей показаны на рис.4. Частота осцилляций, которая, ве- роятно, является частотой Раби, очень чувствительна к амплитуде тока инжекции и к напряжению смещения ИЬ. Например, она равна 1.1 ТГц для ИЬ = -7.0 В и 0.7 ТГц для ИЬ = - 6.0 В. К сожалению, из-за низкой точности оценки пиковой мощности пикосекундных импульсов с модуляцией добротности мы не смогли определить со- отношение между частотой осцилляций и пиковой мощ- ностью оптических импульсов. Вследствие отражений на гранях лазерного диода импульсы, показанные на рис.4,
«скачут» взад и вперед по резонатору, что приводит к генерации последовательностей импульсов (рис.3) и к установлению когерентности между отдельными им- пульсами в последовательности.
По нашему мнению, одним из возможных объясне- ний когерентных осцилляций оптического поля пикосе- кундных импульсов может быть следующее. Вследствие высокой пиковой оптической мощности импульса внут- ризонные релаксационные процессы частично подав- лены, т. е. время внутризонной релаксации не только не меньше 100 фс, но даже несколько превышает это время (находясь в диапазоне 0.1 - 1 пс). В течение интервала в несколько сот фемтосекунд оптическое поле когерентно взаимодействует с активной средой лазера, в результате чего возникают осцилляции с частотой Раби, показанные на рис.4.
Из-за очень малой длины лазерного резонатора (100 мкм) оптический импульс возвращается в любую точку активной среды прежде, чем внутризонная релак- сация полностью разрушит «фазовую память» среды, поэтому когерентность импульса может сохраняться в течение 1 - 2 пс. Заметим, что когерентные осцилляции и спектральное расщепление не наблюдались в подобных
лазерных диодах с модуляцией добротности, имеющих длину резонатора 300 - 500 мкм (соответствующее время обхода резонатора составляет 10 - 15 пс).
Выше мы достаточно кратко обрисовали концепцию, используемую для трактовки наблюдаемого явления, однако вполне возможно, что оно может иметь другое физическое происхождение. Тем не менее, поскольку частота осцилляций зависит от условий возбуждения ла- зера и не равна обратному времени обхода резонатора, наблюдаемый процесс не является пассивной синхрони- зацией мод резонатора, несмотря на наличие насыщаю- щегося поглотителя. Ясно, что нужны новые подробные экспериментальные и теоретические исследования этого явления.
В заключение подчеркнем, что когерентные оптичес- кие переходные процессы и оптические осцилляции с частотами 1.0 - 1.1 ТГц в полупроводниковом лазере наблюдались впервые, как и динамическое спектральное расщепление, индуцированное оптическим полем, и по- явление двухкомпонентного спектра излучения генери- руемых импульсов. Все это было объяснено на основании предположений о частичном подавлении внутризонной релаксации оптическими полями пикосекундных им- пульсов, а также о зависимости времени релаксации Т2 от пиковой мощности импульса.
Автор выражает благодарность В.А.Плетневу и Ю. Курнявко за помощь в получении лазерных диодов, весьма признателен И.Х.Уайту за огромную помощь и поддержку, а также Королевскому обществу и Совету по научным и техническим исследованиям за поддержку его работы вне Физического института им. П.Н.Лебедева.
1. Аллен Л., Эберли Дж. Оптический резонанс и двухуровневые атомы (М., Мир, 1978).
2. RedfieId A.G. Phys.Rev., 98, 1787 (1955).
3. SzikIas Е.A. Phys.Rev., 188, 700 (1969).
4. Елесин В.Ф. ЖЭТФ, 69, 572 (1975).
DeVoe R.G., Вrewer R.G. Phys.Rev.Letts, 50, 1269 (1983).
Беленов Э.М., Васильев П.П. ЖЭТФ, 96, 1629 (1989).
Маныкин Э.А., Белов М.Н. ЖЭТФ, 100, 678 (1991).
Knight P.L., MiIIoni P.W. Phys.Rep., 66, 21 (1980).
Беленов Э.М., Васильев П.П. Письма в ЖЭТФ, 48, 416 (1988).
VasiI'ev P.P. IEEE J. Quаntum Electron., 24, 2386 (1988).
P.P.Vasil'ev. Experimental observation of coherent optical transients in picosecond semiconductor lasers in strong fields.
UItrahigh frequenсy (~1.1 THz) сoherent osсiIIations of the optiсaI fieId emitted Ьy a semiсondutor Iaser have Ьeen oЬserved for the first time. The optiсaI speсtrum had adouЬIet struсture with a 2.6 nm separation. The frequenсy of osсiIIations is found to Ьe dependent on pumping сonditions and is not equaI to reсiproсaI of the round trip time of the Iaser сavity. Power fluх densityin the Iaser in the range of 109 W/сm2 has Ьeen estimated.
Do'stlaringiz bilan baham: |
