مطالعه بر روی دینامیک غیر خطی در سیستم های لیزر نیمه رسانا

در این پایانامه دینامیک غیر خطی سیستم های لیزر نیمه رسانا به صورت تئوری و به کمک روشهای حل عددی مورد مطالعه قرار گرفته است. بر اساس این پایانامه نتایج بدست آمده زیر را می توان دسته بندی کرد: (i دینامیک لیزر نیمه رسانا● رفتاردینامیکی شدت خروجی لیزر های نیمه هادی در حضور یک کاواک خارجی کوتاه، با تغییر پارامترهای فاز و شدت پس خوراند کاواک خارجی: دینامیک غیرخطی شدت خروجی لیزر به تغییرات جزیی پارامترهای فاز و شدت پس خوراند وابسته است ودر یک شدت پس خوراند مناسب، با تغییر فاز پس خوراند میتوان دینامیک مطلوب را از بین مجموعه رفتارهای دینامیکی شدت خروجی لیزر انتخاب کرد. ● تاثیر مقدار دمش بر دینامیک یک لیزر نیمه رسانا، با کاواک خارجی کوتاه، توسط نمودارهای دو شاخه شدگی بر حسب فاز پس خوراند بعنوان پارامتر کنترل: بسته به این که نرخ پس خوراند بالا باشد یا پایین، به ازای مقادیر مختلف دمش، رفتار دینامیکی خروجی لیزر می تواند کاملا متفاوت باشد. به طوری که در شدت پس خوراند پایین، با افزایش مقدار دمش ، دینامیکهای پریودیک جدید ظاهر شده و دینامیکهای پریودیک قبلی حذف میشوند، ضمن اینکه در مقادیر دمش بالا بر بازه محدوده ی آشوبناک افزوده میشود. ولی در شدت پس خوراند بالا، با افزایش دمش، تنها محدوده ی مناطق پالسی رشد میکند. به طوری که در مقادیر دمش بالارفتار دینامیکی لیزر فقط بصورت پالسی بوده و دینامیک های پریود اول و شبه پریودیک، که در دمشهای پایین وجود داشتند، حذف شدند. ● تغییرات زمانی شدت خروجی مد اصلی و مدهای جانبی یک لیزر نیمه رسانا تحت تزریق اپتیکی: تغییرات زمانی شدت خروجی مدهای اصلی و جانبی لیزر به تغییرات جزیی پارامترهای ثابت میرایی و نرخ گذار خودبه خودی برای هر مد وابسته است. همچنین نشان داده شده است که وجود پرتوی تزریقی لیزری می تواند میزان تغییرات شدت خروجی در هر مد را افزایش داده و در مواردی شرایط جدیدی برای کارکرد مدهای جانبی فراهم آورد. ●تاثیر نوفه بر عملکرد فیلتر نوری در یک لیزر نیمه رسانا با کاواک عمودی: پارامترهای فیلتر نوری از جمله پهنای طیفی فیلتر و نامیزانی بین فرکانس های لیزر و فیلتر، نحوه عملکرد فیلتر را تحت تاثیر قرار می دهند. علاوه بر این نسبت بین پارامترهای فیلتر نوری، با فرکانس لیزر منفرد و فرکانس پرتو بازتاب یافته از فیلتر به صورت دقیقی بدست آمد. همچنین نشان داده شد که نوفه می تواند عملکرد فیلتر را مختل نماید، به طوری که پهنای فرکانسی فیلتر در حضور نوفه می تواند به طور قابل توجهی افزایش یابد. ● تغییرات زمانی تعداد فوتونهای خروجی مدهای یک لیزر نیمه رسانا دو مدی با کاواک عمودی: تغییرات زمانی تعداد فوتونهای خروجی لیزر به تغییرات جزیی جریان پمپ شده و نسبت بین ضرایب خود اشباع و اشباع متقابل برای هر مد وابسته است. همچنین نشان داده شده است که اگر ضریب خود اشباع و اشباع متقابل با هم برابر باشند لیزر ناپایا است. علاوه بر آن تغییر در مقدارجریان پمپ شده منجر به تغییر در نوع دینامیک خروجی لیزر می گردد. ●محاسبه معادله فازی لیزر: این معادله تغییرات فاز میدان لیزر بر حسب تغییرات زمان را مشخص می کند. در محاسبه این معادله، فاز و شدت میدان الکتریکی متغیر دینامیکی اصلی در نظر گرفته شده است و نشان داده شده است که دینامیک شدت خروجی بطور دقیقتری توسط معادله فازی در مقایسه با معادلات نرخ لیزری تعیین می شود. (ii همزمانسازی در لیزرهای نیمه رسانا● پایداری و رفتارپذیری شدت خروجی یک لیزر نیمه رسانای گیرنده تحت تاثیر مقدار شدت نور تزریقی از یک لیزر نیمه رسانای فرستنده، با کاواکهای خارجی کوتاه:از آنجائیکه ضرایب پس خوراند آیینه های کاواک خارجی در این دو لیزر متفاوت انتخاب شده اند، وقتی آنها به صورت منفرد (غیر جفت شده) عمل می کنند دارای دینامیک مدهای نوسانی متفاوتی هستند. نتایج بعد از جفت کردن این لیزرها، از طریق تزریق غیر همسو خروجی لیزر فرستنده به لیزر گیرنده، نشان میدهند که لیزرگیرنده رفتارهای غیر خطی متفاوتی از خود نشان می دهد. بطوریکه با افزایش شدت پرتو تزریقی، پایداری و همزمانی لیزر گیرنده افزایش می یابد و در یک حالت حالت خاص تزریق، لیزر گیرنده به صورت مطلوبی از دینامیک نوسانی لیزر فرستنده پیروی می کند.● هم زمان سازی مد های نوسانی دو لیزر نیمه رسانا با کاواکهای خارجی کوتاه، بوسیله تغییرات اختلاف راه نوری در کاواکهای خارجی:با انتخاب مناسب مقادیر شدت و فاز پس خوراند و زمان تاخیری بین آینه ها، نشان داده شده که پایداری و هم زمان سازی خروجی لیزرها به شدت به فاصله بین لیزرها و موقعیت آینه های کاواک لیزر گیرنده بستگی دارد. همچنین شرط خاصی پیدا شد که فقط تحت آن یک هم زمان سازی پایدار بین مدهای نوسانی لیزر های فرستنده و گیرنده می تواند برقرار باشد.●تاثیر آینه خارجی بر پایداری لیزرنیمه رسانا: آینه خارجی میتواند ناپایداری را در لیزر تزریقی در فرکانسهای پایین از بین ببرد. شدت پسخوراند لیزر تزریقی می تواند کیفیت رفتارپذیری و ایجاد همزمانی را مابین لیزر فرستنده و لیزر فرستنده را تعیین نماید. ●تاثیر طول کاواک خارجی بر عملکرد لیزر نیمه رسانا: با در نظر گرفتن نسبت بین فرکانس نوسانات میرایی لیزر (بدون آینه خارجی) و فرکانس لیزر در کاواک خارجی پاسخ بهره دامنه، فاز و تعداد حاملها برای کاواکهای کوتاه و بلند بدست آمد. در کاواک کوتاه شاهد دینامیک های متنوع تری به نسبت کاواک بلند مشاهده شد. همچنین مقدار بزرگتر پاسخ بهره برای کاواک کوتاه باعث می شود تا لیزر با کاواک کوتاه کارکرد بهتری را در بازه فرکانسهای کوچکتر از فرکانس میرائی داشته باشد.(iii کنترل ناپایداری ●کنترل ناپایداری در لیزر نیمه رسانا با استفاده از تابع مولد جریان پمپاژ دارای پارامتر دینامیکی: بدین منظور مدار الکتریکی دینامیک خروجی لیزر معرفی شد. این مدار آشوب وناپایداری را با تغییر در جریان پمپ شده به لیزر، کنترل می کند. الگوی تغییر در مقادیر پمپاژ شده به وسیله نگاشتی غیر خطی تامین می شود. قسمت مهم این نگاشت پارامتر دینامیکی آن می باشد. نشان داده شد که در بازه هایی از فاز و شدت پسخوراند که در آن لیزر ناپایدار است، به وسیله متد کنترل لیزر می تواند به طور کامل به دینامیک های شبه پریودیک و پریود اول تغییر یابد. ●کنترل ناپایداری در لیزر نیمه رسانا با استفاده از تغییر در شدت پسخوراند اپتیکی در کاواک خارجی: با قرار دادن مدوله کننده الکترو اپتیکی و ایجاد تغییر در دامنه میدان لیزری، تغییرات دینامیکی لیزر مورد مطالعه قرار گرفت. بر اساس این مدولاسیون، متد جدیدی برای کنترل ناپایداری در لیزر ارائه شد. نتایج عددی بدست آمده نشان دادند که با اعمال این متد کنترلی، دینامیک خروجی لیزر می تواند از دینامیک ناپایدار به دینامیک پایدار و پریودیک پریود اول تغییر یابد.