基于光泵浦自旋垂直腔面发射激光器输出的偏振转换及双稳特性研究

发布时间：2020-04-11 10:32

【摘要】：半导体激光器输出的偏振特性主要由其有源区的增益介质和光学腔的偏振特性决定,因而侧面发光的边发射半导体激光器(EELs)和表面发光的垂直腔面发射激光器(Vertical-cavity Surface-emitting Lasers,VCSELs)的偏振特性有着本质的区别。VCSEL是准对称的器件,几乎对偏振无选择性,因而只能通过适当的优化机制来选择其输出的偏振态。基于电子自旋和光学偏振之间的相互联系,通过控制电子的自旋可实现对激光器输出偏振态的控制。与常规的VCSEL相比,自旋垂直腔面发射激光器(自旋VCSELs)具有偏振稳定性、偏振易于控制和低阈值等优点,因而自旋VCSEL的偏振特性成为了人们关注的热点问题。考虑到光泵浦方式可使激光器获得极化的载流子,进而实现对激光器偏振特性的控制。因此,研究光泵浦下自旋VCSEL,尤其是长波长自旋VCSEL的偏振转换(Polarization switching,PS)和偏振双稳(Polarization bistability,PB)特性具有重要的学术和应用价值。在本文中,基于自旋反转模型(Spin Flip Model,SFM),数值研究分析了光泵浦下1300 nm自旋垂直腔面发射激光器(自旋VCSEL)输出的圆偏振转换(PS)及双稳(PB)特性。研究结果表明:对于一定的泵浦偏振椭圆率P_P,泵浦光功率能在一定程度上控制激光器输出的偏振椭圆率P_(out),其绝对值随泵浦光功率的增加而逐渐增大;对于一定的归一化泵浦光功率η,正向扫描(逐渐增加)和反向扫描(逐渐减小)泵浦光偏振椭圆率P_P时,自旋VCSEL输出的左旋圆偏振光和右旋圆偏振光之间会发生PS,并可观察到PB现象。对于较小的η,双稳环宽度随η的增加先增加到一个最大值然后减小到0;对于较大的η,双稳环宽度随η的增加总体上呈现出逐渐减小的趋势。激光器的线宽增强因子α和有源区介质的双折射效应γ_p等内部参数对其圆偏振输出由泵浦光偏振椭圆率P_P变化引起的PS和PB均有较大的影响。此外,双稳环宽度在某些激光器关键内部参数和η构成的参数空间中的分布图也被确定。
【图文】：

图 1.1 自旋 LEDs 的基本结构 (a)法拉第结构，(b)准 Voigt 结构，，(c)斜汉勒效应结构[23]第结构实现了从n型CdCr2Se4材料注入自旋电子到AlGaAs/GaAs 量子阱LED[19]众所周知，稀磁半导体自旋准直区的根本缺陷之一是他们的居里温度很低，这极大的限制了自旋 LED 的最高工作温度。同时，与 GaAs 晶格匹配的铁磁半导体材料很难在室温条件下工作，这又大大的推动了在 GaAs 上生长铁磁薄膜并应用于LED 的研究。2001 年，Zhu 等首次报道了基于铁磁金属自旋准直的自旋 LED，他们利用 InGaAs 量子阱自旋 LED 在 300 K 温度下获得了 2%的自旋注入效率，从而

西南大学硕士学位论文 第 1 章 绪论CoFe/MnO 隧道注入器注入自旋电子到 GaAs/AlGaAs 量子阱自旋 LED，在 290 K温度下获得了 32%的自旋注入效率[22]。相比于自旋 LED，自旋激光器具有更快的调制动力学、更低的阈值工作电流及更强的偏振控制能力。自旋激光器具有的较强的偏振输出可控性为其在宽带光通信、量子编码、可重构的光互联等方面的应用提供了可能。需要指出的是，自旋垂直腔面发射激光器(Spin Vertical-cavity Surface-emitting Lasers, 自旋 VCSELs)不仅符合自旋电子学对法拉第结构的要求，且其侧向各向同性、具有近乎完美的圆对称结构，从而使得自旋 VCSELs 成为了自旋激光器的首选。2005 年，美国密歇根大学的 Holub 等首次成功制备了如图 1.2 所示的电泵浦自旋 VCSEL[15]。尽管自旋 VCSELs 的研发取得了突破性进展，然而，与普通激光器相比，自旋 VCSELs的设计与制备仍然存在许多问题，自旋 VCSELs 的真正商用化还面临许多关键技术问题亟需解决。有关电泵浦和光泵浦自旋激光器在第二章有详细介绍。
【学位授予单位】：西南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TN248

【相似文献】

相关期刊论文 前10条

1 孙洪祥;自旋系统的随机单调性与正相关性[J];应用概率统计;1994年03期

2 刘林森;局域自旋系统中的集团恒等式[J];河北师范大学学报;1995年S1期

3 翁小明;李振亚;;无规场作用下的混合自旋系统[J];苏州大学学报(自然科学);1991年03期

4 戴永隆;刘锡坚;;一维自旋系统(有限系统)[J];应用概率统计;1985年01期

5 李文铸;应和平;董绍静;;二维随机格点SU(2)×SU(2)自旋系统的Monte-Carlo模拟[J];高能物理与核物理;1987年02期

6 陶润康;理想自旋系统的热容量[J];大学物理;1987年11期

7 姚胜根,黄永仁;一种用于描述多脉冲作用下AX自旋系统演化行为的相干图方法[J];波谱学杂志;1988年01期

8 杨清建,楼元旦;自旋系统无规格点模型的Monte CarLo研究[J];计算物理;1988年02期

9 韦联福;程衍富;;含时1/2自旋系统的精确解和几何相因子[J];四川师范大学学报(自然科学版);1993年03期

10 齐海燕;李春杰;;含时外磁场下自旋系统的本征态[J];长春师范学院学报;2007年12期

相关会议论文 前10条

1 缪希茄;韩秀文;胡皆汉;;强偶合自旋系统的积算符理论[A];第七届全国波谱学学术会议论文摘要集[C];1992年

2 高汉宾;;含等价核的自旋系统跃迁数目的计算[A];第八届全国波谱学学术会议论文摘要集[C];1994年

3 郝翔;沙金巧;潘涛;;在非对称性作用下相隔自旋系统中量子纠缠的重整化[A];第十四届全国量子光学学术报告会报告摘要集[C];2010年

4 孙凯乐;於亚飞;张智明;;自旋系统中非马尔科夫的研究[A];第十六届全国量子光学学术报告会报告摘要集[C];2014年

5 杨培强;黄永仁;周元聪;;酸性磷脂酶A2自旋系统的初步归属(摘要)[A];第七届全国波谱学学术会议论文摘要集[C];1992年

6 丁尚武;郭建新;叶朝辉;;具有快速重新取向的自旋系统的CPMAS Hartmann-Hahn匹配条件[A];第七届全国波谱学学术会议论文摘要集[C];1992年

7 单传家;陈涛;刘继兵;程维文;刘堂昆;黄燕霞;李宏;;两量子自旋系统的量子纠缠控制[A];第十四届全国量子光学学术报告会报告摘要集[C];2010年

8 赵丽梅;张国锋;;基于与Dzyaloshinskii-Moriya的各向异性反对称相互作用两个二自旋系统纠缠量子奥拓热机[A];第十七届全国量子光学学术会议报告摘要集[C];2016年

9 高汉宾;;核磁共振相互作用表象研究[A];第十三届全国波谱学学术会议论文摘要集[C];2004年

10 缪希茄;胡皆汉;韩秀文;;从单个混合时间tm的2DNOESY峰强度求取核间距参数的理论设想[A];第六届全国波谱学学术会议论文摘要集[C];1990年

相关博士学位论文 前10条

1 陈浩琪;二维材料磁性相关问题的第一性原理研究[D];中国科学技术大学;2018年

2 秦敬波;量子自旋系统基态的数值计算方法研究[D];武汉大学;2016年

3 秦勇;规则分形结构上自旋模型系统临界行为的研究[D];北京师范大学;1991年

4 张涛;动态核磁共振中若干问题的研究[D];中国科学院研究生院（武汉物理与数学研究所）;2000年

5 李春先;自旋链系统的量子子信息理论研究[D];中国科学技术大学;2006年

6 黄远;阻挫自旋系统的第一性原理计算[D];中国科学技术大学;2016年

7 苏晓强;一维自旋系统中的量子纠缠[D];中国科学技术大学;2008年

8 郝翔;固态自旋系统中的量子纠缠和量子计算[D];苏州大学;2008年

9 姜春蕾;腔QED与海森堡自旋系统中的量子纠缠与信息处理[D];湖南师范大学;2009年

10 徐玉良;自旋系统量子关联与量子相变[D];曲阜师范大学;2015年

相关硕士学位论文 前10条

1 徐攀;基于光泵浦自旋垂直腔面发射激光器输出的偏振转换及双稳特性研究[D];西南大学;2018年

2 侯铁军;非厄密单轴扭曲模型的量子Fisher信息和自旋压缩以及相位退相干的影响[D];北京交通大学;2017年

3 闫娟娟;自旋F=1旋量凝聚体的自旋压缩[D];太原理工大学;2017年

4 江慧;量子自旋系统的热力学和纠缠性质研究[D];曲阜师范大学;2008年

5 冯志强;一维强相互作用冷原子气体中有效自旋链模型研究[D];山西大学;2017年

6 翟孝月;一维自旋系统的热纠缠[D];南京师范大学;2007年

7 郭平;准—维量子自旋系统的数值模拟研究[D];西北大学;2002年

8 魏东;低维自旋系统的磁热性质和量子纠缠[D];曲阜师范大学;2016年

9 邹琴;两比特海森堡自旋系统中量子密集编码的实现及量子关联的研究[D];华东师范大学;2015年

10 周起;耦合的三自旋系统的量子动力学[D];湖南师范大学;2013年

本文编号：2623487