vestifmИзвестия Национальной академии наук Беларуси. Серия физико-математических наукProceedings of the National Academy of Sciences of Belarus. Physics and Mathematics Series1561-24302524-2415The Republican Unitary Enterprise Publishing House "Belaruskaya Navuka"10.29235/1561-2430-2023-59-4-328-337vestifm-747Research ArticleФИЗИКАPHYSICSМодель динамики микролазера на основе квантоворазмерных структурA kinetic model of a quantum-dot microlaserhttps://orcid.org/0000-0003-1373-5113ТимощенкоЕ. B.TimoshchenkoE. V.

Тимощенко Елена Валерьевна – кандидат физико-математических наук, доцент, заведующий кафедрой физики и компьютерных технологий

ул. Космонавтов, 1, 212022, Могилев

Elena V. Timoshchenko – Ph. D. (Physics and Mathematics), Associate Professor, Head of the Department of Physics and Computer Technologies

1, Kosmonavtov Str., 212022, Mogilev, Republic of Belarus

timoshchenko@msu.byЮревичВ. А.YurevichV. A.

Юревич Владимир Антонович – доктор физико-математических наук, профессор, профессор кафедры физики и компьютерных технологий

ул. Космонавтов, 1, 212022, Могилев

Vladimir A. Yurevich – Dr. Sc. (Physics and Mathematics), Professor. Professor of the Department of Physics and Computer Technologies 

1, Kosmonavtov Str., 212022, Mogilev, Republic of Belarus

 

va_yurevich@mail.ruМогилевский государственный университет имени А. А. КулешоваMogilev State A. Kuleshov University202305012024594328337Copyright © Тимощенко Е.B., Юревич В.А., 20242024Тимощенко Е.B., Юревич В.А.Timoshchenko E.V., Yurevich V.A.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://vestifm.belnauka.by/jour/article/view/747

Представлены результаты качественного анализа полуклассической модели генерации излучения в твердотельных лазерах пониженной размерности, включая микролазеры на квантовых точках. Проведено численное моделирование режима регулярных пульсаций, возникающего в условиях нелинейного смещения и уширения резонансной линии усиления из-за влияния ближних полей диполей и поглощения в квазирезонансных переходах на диэлектрическую восприимчивость активной среды. Моделирование проведено для параметров полупроводниковых квантоворазмерных структур.

The results of a qualitative analysis of a semiclassical model of light generation in low-dimensional solidstate lasers, including quantum-dot microlasers and, on its basis, a numerical modelling of the regular pulsation regime that occurs under conditions of nonlinear shift and broadening of the resonant spectral gain line due to the influence of dipoledipoles interaction and absorption in quasi-resonant transitions on the dielectric susceptibility of the active medium are herein presented. The modelling of lasing was carried out for the parameters of semiconductor quantum-dot structures.

лазеры пониженной размерностисуперкристаллы квантовых точекрезонансная оптическая нелинейностьсамоподдерживающиеся пульсацииlow-dimensional lasersquantum dot supercrystalsresonant optical nonlinearityself-sustaining pulsationsReferencesQuantum-dot supercrystals for future nanophotonics / A. S. Baimuratov [et al.] // Sci. Rep. – 2013. – Vol. 3. – Art. ID 1727. – P. 1–9. https://doi.org/10.1038/srep01727Baimuratov A. S., Rukhlenko I. D., Turkov V. K., Baranov A. V., Fedorov A. V. Quantum-dot supercrystals for future nanophotonics. Scientific Reports, 2013, no. 3, art. ID 1727, pp. 1–9. https://doi.org/10.1038/srep01727Метаматериалы и метаповерхности / И. В. Семченко [и др.] // Наука и инновации. – 2020. – № 8 (210). – С. 23–27.Semchenko I. V. [et al.] Metamaterials and metasurfaces. Nauka i innovatsii = Science and Innovation, 2020, no. 8 (210), pp. 23–27 (in Russian).Quantum metasurfaces with atom arrays / R. Bekenstein [et al.] // Nat. Phys. – 2020. – Vol. 16. – P. 676–681. https://doi.org/10.1038/s41567-020-0845-5Bekenstein R., Pikovski I., Pichler H., Shahmoon E., Yelin S. F., Lukin M. D. Quantum metasurfaces with atom arrays. Nature Physics, 2020, vol. 16, pp. 676–681. https://doi.org/10.1038/s41567-020-0845-5Жуков, А. Е. Лазеры и микролазеры на основе квантовых точек / А. Е. Жуков. – СПб.: Политех-Пресс, 2019. – 42 с.Zhukov A. E. Lasers and Microlasers Based on Quantum Dots. Saint Petersburg, Politekh-Press Publ., 2019. 42 p. (in Russian).On-chip quantum optics with quantum dot microcavities / E. Stock [et al.] // Adv. Mater. – 2013. – Vol. 25, № 5. – P. 707–710. https://doi.org/10.1002/adma.201202778Stock E., Albert F., Hopfmann C., Lermer M., Schneider C., Höfling S., Forchel A., Kamp M., Reitzenstein S. On-chip quantum optics with quantum dot microcavities. Advanced Materials, 2013, vol. 25, no. 5, pp. 707–710. https://doi.org/10.1002/adma.2012027781.3 μm submilliamp threshold quantum dot micro-lasers on Si / Ya. Wan [et al.] // Optica. – 2017. – Vol. 4, № 8. – P. 940–944. https://doi.org/10.1364/optica.4.000940Wan Ya., Norman J., Li Q., Kennedy M. J., Liang D., Zhang Ch., Huang D. [et al.]. 1.3 μm submilliamp threshold quantum dot micro-lasers on Si. Optica, 2017, vol. 4, no. 8, pp. 940–944. https://doi.org/10.1364/optica.4.000940Апанасевич, П. А. Основы теории взаимодействия света с веществом / П. А. Апанасевич. – Минск: Haвука i тэхнiка, 1977. – 496 с.Apanasevich P. A. Fundamentals of the Theory of Interaction of Light with Matter. Minsk, Havuka i tekhnika Publ., 1977. 496 p. (in Russian).Гадомский, О. Н. Эффект ближнего поля в сверхтонкой пленке резонансных атомов / О. Н. Гадомский, С. В. Сухов // Квантовая электроника. – 1998. – Т. 25, № 6. – С. 529–534.Gadomskii O. N., Sukhov S. V. Near-field effect in an ultrathin nonlinear film of resonant atoms. Quantum Electronics, 1998, vol. 28, no. 6, pp. 514. https://doi.org/10.1070/qe1998v028n06abeh001261Рупасов, В. И. О граничных задачах в нелинейной оптике резонансных сред / В. И. Рупасов, В. И. Юдсон // Квантовая электроника. - 1982. - Т. 9, № 11. - С. 2179-2186.Rupasov V. I., Yudson V. I. Boundary-value problems in nonlinear optics of resonant media. Soviet Journal of Quantum Electronics, 1982, vol. 12, no. 11, pp. 1415. https://doi.org/10.1070/qe1982v012n11abeh006090Гадомский, О. Н. Эхо-спектроскопия поверхности / О. Н. Гадомский, Р. А. Власов. – Минск: Haвука i тэхнiка, 1990. – 216 с.Gadomskii O. N., Vlasov R. A. Surface Echo Spectroscopy. Minsk, Navuka i tekhnika Publ., 1990. 216 p. (in Russian).Тимощенко, Е. В. Резонансная модель регулярных режимов излучения лазеров на полупроводниковых квантоворазмерных структурах / Е. В. Тимощенко, В. А. Юревич // Полупроводниковые лазеры и системы на их основе: сб. ст. 12-го Белорус.-Рос. семинара, Минск, 27–31 мая 2019 г. – Минск: Ковчег, 2019. – С. 137–140.Timoshchenko E. V., Yurevich V. A. Resonance model of regular radiation regimes of lasers based on semiconductor quantum-size structures. Poluprovodnikovye lazery i sistemy na ikh osnove: sbornik statei 12-go Belorussko-Rossiiskii seminara, Minsk, 27–31 maya 2019 goda [Semiconductor Lasers and Systems Based on Them. Collection of articles of the 12th Belarusian-Russian seminar, Minsk, May 27–31, 2019]. Minsk, Kovcheg Publ., 2019, pp. 137–140 (in Russian).Garmire, E. Resonant optical nonlinearities in semiconductors / E. Garmire // IEEE J. Sel. Top. Quant. Electron. – 2000. – Vol. 6, № 6. – P. 1094–1110. https://doi.org/10.1109/2944.902158Garmire E. Resonant optical nonlinearities in semiconductors. IEEE Journal of Selected Topics in Quantum Electronics, 2000, vol. 6, no. 6, pp. 1094−1110. https://doi.org/10.1109/2944.902158Гетероструктуры с квантовыми точками: получение, свойства, лазеры / Н. Н. Леденцов [и др.] // ФТП. – 1998. – Т. 32, № 4. – С. 385–410.Ledentsov N. N., Ustinov V. M., Shchukin V. A., Kop’ev P. S., Alferov Zh. I., Bimberg D. Quantum dot heterostructures: fabrication, properties, lasers. Semiconductors, 1998, vol. 32, pp. 343–365. https://doi.org/10.1134/1.1187396Nonlinear optical dynamics of a 2D semiconductor quantum dot super-crystal: Emerging multistability, selfoscillations and chaos / V. A. Malyshev [et al.] // J. Phus.: Conf. Ser. – 2018. – Vol. 1220. – Р. 012006–1-4. https://doi.org/10.1088/1742-6596/1220/1/012006Malyshev V. A., Zapatero P. Á., Malyshev A. V., Malikov R. F., Ryzhov I. V. Nonlinear optical dynamics of a 2D semiconductor quantum dot super-crystal: Emerging multistability, self-oscillations and chaos. Journal of Physics: Conference Series, 2018, vol. 1220, pp. 012006. https://doi.org/10.1088/1742-6596/1220/1/012006Nonlinear optical response of a two-dimensional quantum-dot supercrystal: Emerging multistability, periodic and aperiodic self-oscillations, chaos, and transient chaos / I. V. Ryzhov [et. al] // Phys. Rev. A. – 2019. – Vol. 100, № 3. – P. 033820–1-15. https://doi.org/10.1103/physreva.100.033820Ryzhov I. V., Malikov R. F., Malyshev A. V., Malyshev V. A. Nonlinear optical response of a two-dimensional quantum-dot supercrystal: Emerging multistability, periodic and aperiodic self-oscillations, chaos, and transient chaos. Physical Review A, 2019, vol. 100, no. 3, pp. 033820. https://doi.org/10.1103/physreva.100.033820

The authors declare that there are no conflicts of interest present.