Моделирование сверхизлучения в резонаторе в условиях дрейфа частоты, вызванного резонансной нелинейностью

Ha основе нескольких модификаций уравнений Максвелла–Блоха проанализированы особенности излучения импульсных лазеров при когерентном взаимодействии света и усиливающей среды с резонансной фазовой нелинейностью. Оригинальность анализа представлена учетом взаимосвязанных факторов неустойчивости фазового соотношения светового поля и отклика среды, обусловленных диполь-дипольным взаимодействием и вкладом квазирезонансной поляризованности. Для описания режима сверхизлучения уточнены полуаналитические выражения переменных отклика в схеме формализма вектора Блоха. Различные приближения исходной модели представлены системами кинетических уравнений для переменных поля и отклика среды, а также нелинейным осцилляторным уравнением для полярного угла вектора Блоха. Моделирование когерентного эффекта сверхизлучения в резонаторе указало на высокую критичность временнόй структуры сверхизлучения по отношению к резонансной нелинейности материального отклика. Показано, что в условиях нелинейности типичная для сверхизлучения нутационная структура интенсивности преобразуется в контрастную квазипериодическую модуляцию заднего фронта основного импульса в субпикосекундном диапазоне. Расчетный анализ процесса сверхизлучения в резонаторе выполнен для параметров систем квантовых точек в полупроводниковых наногетероструктурах. Такие системы рассматриваются как перспективные для применения в компактных устройствах оптической электроники и фотоники.

1. Васильев, П. П. Фемтосекундное сверхизлучение в полупроводниковых лазерах: аномальная внутренняя генерация второй гармоники / П. П. Васильев, А. Н. Путилин, А. Б. Сергеев // Квантовая электроника. – 2016. – Т. 46, № 10. – С. 888–890.

2. Сосуществование когерентных импульсов сверхизлучательных и квазистационарных мод в лазере с низкодобротным резонатором / Е. Р. Кочаровская, А. В. Мишин, А. Ф. Селезнев [и др.] // Известия высших учебных заведений. Радиофизика. – 2020. – Т. 63, № 11. – С. 985–1007. https://doi.org/10.52452/00213462_2020_63_11_985

3. Сверхизлучение: принципы генерации и реализация в лазерах / В. В. Кочаровский, В. В. Железняков, Е. Р. Кочаровская, Вл. В. Кочаровский // Успехи физических наук. – 2017. – Т. 187, № 4. – С. 367–410. https://doi.org/10.3367/UFNr.2017.03.038098

4. Апанасевич, П. А. Основы теории взаимодействия света с веществом / П. А. Апанасевич. – Мн., 1977. – 496 с.

5. Андреев, А. В. Кооперативные эффекты в оптике: Сверхизлучение. Бистабильность. Фазовые переходы / А. В. Андреев, В. И. Емельянов, Ю. А. Ильинский. – М., 1988. – 288 с.

6. Ханин, Я. И. Лекции по квантовой радиофизике / Я. И. Ханин. – Н. Новгород, 2005. – 223 с.

7. Wilson, R. M. Half of Nobel prize in physics honors the inventors of chirped pulse amplification / R. M. Wilson // Physics Today. – 2018. – Vol. 71, N 12. – P. 18–21. https://doi.org/10.1063/pt.3.4086

8. Динамика сверхизлучающих сред в резонаторе / А. М. Башаров, Г. Г. Григорян, Н. В. Знаменский [и др.] // Квантовая электроника. – 2009. – Т. 39, № 3. – С. 251–255.

9. Формирование сверхизлучения в наногетероструктурах с квантовыми точками / А. В. Савельев, Л. Я. Карачинский, И. И. Новиков [и др.] // Физика и техника полупроводников. – 2008. – Т. 42, № 6. – С. 730–735.

10. Light emitting devices based on quantum well-dots / M. V. Maximov, A. M. Nadtochiy, S. A. Mintairov [et al.] // Applied Sciences. – 2020. – Vol. 10, N 3. – Art. 1038. https://doi.org/10.3390/app10031038

11. Fast switching between the ground- and excited-state lasing in a quantum-dot microdisk triggered by sub-ps pulses / A. Zhukov, A. Nadtochiy, A. Karaborchev [et al.] // Optics Letters. – 2024. – Vol. 49, N 2. – P. 330–333. https://doi.org/10.1364/OL.509297

12. Quantum-dot supercrystals for future nanophotonics / A. S. Baimuratov, I. D. Rukhlenko, V. K. Turkov [et al.] // Scientific Reports. – 2013. – Vol. 3. – Art. 1727. https://doi.org/10.1038/srep01727

13. Henry, C. H. Theory of the linewidth of semiconductor lasers / C. H. Henry // IEEE Journal of Quantum Electronics. – 1982. – Vol. 18, N 2. – P. 259–264. https://doi.org/10.1109/JQE.1982.1071522

14. Timoshchenko, E. V. On solving the problem of quasi-two-dimensional supercrystal nonlinear resonance response / E. V. Timoshchenko, V. A. Yurevich // Uchenye Zapiski Kazanskogo Universiteta. Seriya Fiziko-Matematicheskie Nauki. – 2021. – Vol. 163, N 1. – P. 21–30. https://doi.org/10.26907/2541-7746.2021.1.21-30

15. Тимощенко, Е. В. Резонансное отражение импульса метаповерхностью из квантовых точек в режиме когерентного взаимодействия / Е. В. Тимощенко // Веснік Гродзенскага дзяржаўнага ўніверсітэта імя Янкі Купалы. Серыя 2. Матэматыка. Фізіка. Інфарматыка, вылічальная тэхніка і кіраванне. – 2022. – Т. 12, № 1. – С. 67–75.