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2차원 Microcavity 레이저의 특성

Characteristic of 2D microcavity laser

초록/요약

Limaçon 모양의 InGaAsP 반도체 Microcavity 레이저의 레이징 특성에 관하 여 조사 하였다. 공진기가 dc 전류로 펌핑 될 때 cavity는 단 방향성을 가진 레 이저를 발진시켰다. 레이저의 문턱전류 근처에서 동일한 간격의 resonance 주 파수들이 형성하는 여러 무리의 mode들이 방출되었다. 각 무리의 주파수 간격 을 이용하여 방출되는 mode가 whispering gallery라는 것을 확인하였다. 펌핑 전류를 증가시키자 single mode가 압도적으로 증가하였으며, 이는 단 방향성을 가지고 있었다. 전류를 더욱 높였을 때 두 개의 peak이 나타났으나 여전히 단 방향성을 가지고 있었다. single mode에 대한 cavity q factor를 문턱전류 근처 에서 측정하였으며, 최소 22000이었다. 더하여 타원 모양의 microcavity에 대 한 수치해석적 조사가 이루어졌다. 이를 통해 지금까지 예측되지 않은 선 형태 의 구조를 얻었다. 이 구조는 bow-tie orbit과 candy orbit의 quasi periodic orbit 에 의해 형성됨을 확인 하였다. 이 orbit들에 해당하는 Scar-like resonance mode 들을 Boundary Element Method(BEM)을 통하여 구하였다. 또한 이들의 Husimi Distribution Function을 통하여 SPD의 구조와 일치함을 확인하였다. 우리는 컴퓨터를 통하여 계산된 사항과 실제와의 관계를 알아내기 위하여 동시에 실험을 병행하였다. 이를 통해 큰 스케일의 타원모양 InGaAsP 반도체 Microcavity 내부에 형성 된 여러 scar-like mode 들이 실험적으로 관찰되었다. 각각의 Amplified Spontaneous Emission(ASE) mode들은 이들이 형성하는 mode spacing으로 결정되었다. 문턱 전류 위에서 bow-tie mode가 레이저로 발진함을 추측하였다. 실험적 측면에서 mode spacing과 emission far-field를 통하여 이를 예측하였으며 수치해석적 방법과 비교를 통하여 확정하였다. 우리는 이 분석들을 통하여 bow-tie의 periodic orbit 주변의 quasi periodic orbit이 bow-tie mode가 형성된 후 외부로 발진 할 수 있게 하는 경로임을 확인하였다. Bow-tie 모드는 고전적으로 외부 발진 을 할 수 없는 mode 이지만 quasi periodic orbit의 경로를 이용하여 발진함으 로 이를 Quasi periodic orbit assistant tunneling 이라고 부른다.

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초록/요약

We investigate lasing characteristics of a Limaçon-shaped InGaAsP semiconductor microcavity laser. When the cavity is pumped with dc current, the laser generates directional emission. Near the threshold a series of modes with equidistantly spaced resonant frequencies emit. From the mode spacing we confirm the emission of whispering gallery-type resonance modes. As the injection current increases, a single resonance mode becomes dominant with directional emission. The quality factor of the single mode is obtained near the threshold, which is larger than 22000. We also investigate an elliptic microcavity using numerical methods. As a result we obtain unexpected structures forming line. It is confirmed that the structures are consequences of the quasi periodic orbits from the periodic orbits so called Bow-tie and Candy. Scar-like modes corresponding to these orbits are obtained through the computation method Boundary Element Method (BEM). We also show that these modes are well matched to the structures in the SPD by using Husimi Distribution Function. In order to discover the relation between the calculations and real behaviors we also investigate the system experimentally at the same time. In a large size elliptic InGaAsP semiconductor microcavity laser, we observe various scar-like modes. Each Amplified Spontaneous Emission (ASE) modes are confirmed from their mode spacing. Above the threshold, we infer the lasing of bow-tie mode due to the orbital length obtained from the mode spacing and far-field pattern. The mode is confirmed by the numerical analysis. With these investigations we conclude that quasi periodic orbits are the route allowing the output emission of the formed bow-tie periodic orbit. Since the bow-tie mode having no classical output can emit through the path of the quasi periodic orbit, we call it ‘Quasi periodic orbit assistant tunneling’

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