심장형 마이크로 공진기 레이저의 단 방향 발진
Directional emission from a cardioid-shaped microcavity laser
- 발행기관 서강대학교 일반대학원
- 지도교수 김도석
- 발행년도 2016
- 학위수여년월 2016. 2
- 학위명 석사
- 학과 및 전공 일반대학원 물리학과
- 실제URI http://www.dcollection.net/handler/sogang/000000058758
- 본문언어 한국어
- 저작권 서강대학교 논문은 저작권보호를 받습니다.
초록/요약
반도체 물질을 매질로 하는 2차원 마이크로 공진기 레이저는 전류 주입을 통해 발진되며 이 때 발생된 빛은 공진기 내부에서 전반사 조건을 만족해 whispering gallery mode (WGM)를 형성하여 높은 품위값을 갖는다. 일반적으로 이러한 2차원 마이크로 공진기는 높은 품위값을 얻기 위해 원형으로 제작되지만 원형 마이크로 공진기의 경우 각 대칭성으로 인해 모든 방향으로의 방출이 일어나 응용이 어렵다는 단점이 있다. 이러한 단점을 극복하기 위해 변형 인자를 통해 공진기의 모양을 원형에서 심장형 모양으로 변화시켜 그 방출 방향성을 조사하였다. ray dynamics 분석과 wave 분석을 통해 변형 인자가 적절히 조절되었을 때 심장형 마이크로 공진기에서 단방향성 방출을 확인할 수 있었으며, 특히 ray dynamics 분석에서는 이러한 방출 특성이 공진기 내부에서 형성되는 period-5 unstable periodic orbit에 의해 발생됨을 알 수 있었다. 실험에서 사용된 공진기는 InGaAsP 반도체를 사용하여 제작되었으며 같은 변형 인자의 심장형 마이크로 공진기에 직류 전류를 가하여 발진된 레이저의 far-field pattern에서 시뮬레이션 결과와 같은 방향성을 확인할 수 있었다. 또한 발진된 레이저의 스펙트럼을 분석하여 내부에 형성된 경로가 위에서 얻은 period-5 unstable periodic orbit과 같음을 밝혔다.
more초록/요약
Because circular microcavity has whispering gallery modes due to total internal reflection, its threshold is low and quality factor is ultra-high. However, the directionality of circular microcavity is isotropic and the emission intensity is low. To enhance directionality and emission intensity, deformed microcavities are much studied. Up to now, various shapes of deformed microcavities are reported for unidirectional emission. Most of these lasers have two emission windows due to the clockwise and the counter clockwise traveling wave, whose emission direction are the same, because of reflection symmetry. Cardioid-shaped microcavity laser was studied, which has reflection symmetry, to show that a microcavity having reflection symmetry can emit unidirectionally. Emission properties depending on the deformation parameter of the cardioid-shape are analyzed by using ray dynamics, and unidirectional emission is found when a deformation parameter is well adjusted. Also resonances in cardioid-shaped microcavity are obtained by using boundary element method, which coincide with the emission direction. Cardioid-shaped microcavity lasers are fabricated in InGaAsP semiconductor. When the laser is excited by continuous injection current, its emission direction is unidirectional, which coincide with the ray dynamical results. In the spectrum analysis, experimental path length are calculated by using relation between free spectral range and path length. It has differences of less than 1 percent to compare with ray dynamically predicted period-5 unstable periodic orbit, which determines directional emission windows of cardioid-shaped microcavity laser.
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