Осцилляции энергии пикосекундных световых импульсов как проявление синхронизации создаваемых импульсами локальных отклонений от квазиравновесного распределения электронов в GaAs

Abstract

Energy absorption of picosecond probing light pulse in GaAs was studied as a function of delay between the pulse and picosecond optical pumping. The pumping leds to intrinsic picosecond stimulated emission in GaAs. As shown in our previous works, interaction of the probing and intrinsic radiation pulses leds to oscillations of. The physical mechanism of this interaction was not clarified at that time. In the present paper, we found that the oscillating dependences had similar forms only for certain combinations of interacting pulses’ energies. This allows us to assume that the interaction is a process of synchronization of oscillating deviations (induced by the pulses) of carrier population from their quasi-equilibrium distribution. This process is the way to maintain detailed balance in GaAs. It leads to pulse energy oscillations as a function of experimental parameters that define initial differences of the amplitude, frequency and phase of the population oscillations.

• semiconductor
• picosecond
• stimulated emission
• oscillations
• absorption of light
• electron-phonon interaction
• stimulated Raman scattering of light
• synchronization
• coupled oscillators

Аннотация (на русском)

Осцилляции энергии пикосекундных световых импульсов как проявление синхронизации создаваемых импульсами локальных отклонений от квазиравновесного распределения электронов в GaAs

Исследовались зависимости поглощения в GaAs энергии зондирующего пикосекундного импульса света в функции от задержки импульса относительно пикосекундной оптической накачки GaAs. Накачка приводила к разгоранию собственного пикосекундного стимулированного излучения в GaAs. Как показано в наших предыдущих работах, из-за взаимодействия импульсов зондирующего и собственного излучений зависимость модулировалась осцилляциями. Физический механизм взаимодействия тогда не был прояснен. В настоящей работе обнаружено, что осциллирующие зависимости имеют сходную форму только при определенных сочетаниях энергий взаимодействующих импульсов. Это позволяет предполагать, что взаимодействие - процесс синхронизации создаваемых импульсами осциллирующих отклонений заселенностей носителей заряда от их квазиравновесного распределения. Этот процесс стремится восстановить детальное равновесие. Он приводит к осцилляциям энергии импульсов в функции от параметров эксперимента, определяющих исходное отличие амплитуд, частот и фаз осцилляций отклонений заселенностей.

For citation

References

1. Агеева Н.Н., Броневой И.Л., Забегаев Д.Н., Кривоносов А.Н. Автосинхронизация модуляции заселенности энергетических уровней электронами, создаваемой пикосекундными импульсами зондирующего и собственного стимулированного излучений в GaAs // ФТП. - 2016. - Т.50, вып.10. - С.1333-1342.
2. Агеева Н.Н., Броневой И.Л., Забегаев Д.Н., Кривоносов А.Н. Осцилляции поглощения зондирующего пикосекундного импульса света, вызванные его взаимодействием с собственным пикосекундным стимулированным излучением в GaAs // ЖЭТФ. - 2015. - Т.147, вып. 4. - С. 765-774.
3. Агеева Н.Н., Броневой И.Л., Кумеков С.Е., Кривоносов А.Н., Налет Т.А., Стеганцов С.В. "Модуляция" характеристик интенсивного пикосекундного стимулированного излучения из GaAs // ФТП. - 2005. - Т.39, №6. - С. 681-688.
4. Агеева Н.Н., Броневой И.Л., Забегаев Д.Н., Кривоносов А.Н. Субтерагерцовые автоколебания обеднения заселенностей электронов в зоне проводимости GaAs при наличии накачки и собственного стимулированного излучения // ФТП. - 2010. - Т.44, №9. - С. 1157-1164.
5. Пиковский А., Розенблюм М., Куртс Ю. Синхронизация. Фундаментальное нелинейное явление. - М.: Техносфера, 2003. - 496 с.
6. Агеева Н.Н., Броневой И.Л., Забегаев Д.Н., Кривоносов А.Н. Модуляция характеристик стимулированного пикосекундного излучения GaAs, рекомендации по её использованию и борьбе с ней. Визуализация ямы в области усиления спектра поглощения света, "выжигаемой" излучением // Журнал радиоэлектроники. - 2012. - № 10. - С. 1-21. URL: http://jre.cplire.ru/jre/oct12/3/text.html.
7. Ageeva N.N., Bronevoi I.L., Krivonosov A.N., Zabegaev. Autowave of electron population depletion and sub terahertz selfmodulations of light absorption and intrinsic stimulated emission in GaAs // Physica Status Solidi C. - 2011. - V.8, No.4. - P. 1211-1215.
8. Bronevoi I.L., Krivonosov A.N., Perel' V.I. Phonon Oscillations in the Spectrum of the Reversible Bleaching of Gallium Arsenide under Interband Absorption of a High-Power Picosecond Light Pulse // Solid State Communications. - 1995. - V.94, № 9. - P. 805-808.
9. Hulin D., Joffre M., Migus A., Oudar J.L., Dubard J., Alexandre F. Ultrafast recovery of absorption saturation in GaAs/AlGaAs multiple quantum wells // Journ. de Physique. - 1987. - V.48, №C5. - P. 267-270.
10. Васильев П.П. Экспериментальное наблюдение когерентных оптических осцилляций в сильных полях пикосекундных полупроводниковых лазеров // Квантовая электроника. - 1994. - Т.21, №6. - С. 585-587.
11. Сверхкороткие световые импульсы / Под ред. Шапиро С. - М.: Мир, 1981. - 479 с.
12. Ageeva N.N., Bronevoi I.L., Zabegaev D.N., Krivonosov А.N., Vorobiev N.S., Gornostaev P.B., Lozovoi V.I., Pelipenko V.I., Schelev M.Ya., Shashkov E.V. PS-1/S1 picosecond streak camera time-intensity profile measurements of stimulated radiation from GaAs // Proceedings of the 30th International Congress on High-Speed Imaging and Photonics ICHSIP-30. - 2012. - P.109-114.
13. Агеева Н.Н., Бронeвой И.Л., Забегаев Д.Н., Кривоносов А.Н. Пикосекундные "разгорание" и релаксация интенсивного стимулированного излучения GaAs // ЖЭТФ. - 2013. - Т.143, вып.4. - С. 634-642.
14. Casperson L.W. Threshold characteristics of mirroless lasers // Journal of Applied Physics. - 1977. - V.48, № 1. - P. 256-262.
15. Агеева Н.Н., Броневой И.Л., Кривоносов А.Н., Налет Т.А., Стеганцов С.В. Участие электрон-фононного взаимодействия в сверхбыстрой автомодуляции поглощения света в GaAs. Связь модуляции поглощения со спектром стимулированного излучения в GaAs. // ФТП. - 2007. - Т.41, №12. - С. 1418-1424.
16. Пискарскас А., Стабинис А., Умбрасас А., Янкаускас А. Параметрический чирп и 20-кратное сжатие импульсов квазинепрерывного пикосекундного ПГС // Квантовая электроника. - 1985. - Т.12. - С. 2335-2337.
17. Агеева Н.Н., Броневой И.Л., Забегаев Д.Н., Кривоносов А.Н. Повторение формы сверхбыстрой автомодуляции спектра поглощения света при изменении энергии импульса накачки GaAs // ФТП. - 2010. - Т.44, №10. - С. 1328-1331.
18. Агеева Н.Н., Броневой И.Л., Кумеков С.Е., Кривоносов А.Н., Стеганцов С.В. "LO - фононная" корреляция между спектром пикосекундной суперлюминесценции и особенностями спектра поглощения света в GaAs при нефермиевском распределении носителей заряда, генерированных пикосекундным импульсом света // ФТП. - 2002. - Т.36, №2. - С. 144-148.
19. Алтыбаев Г. С., Броневой И. Л., Кумеков С. Е. Выступ на спектрах поглощения GaAs, возбужденного мощными пикосекундными импульсами света // ФТП. - 2004. - Т.38. - С. 674-677.
20. Ageeva N.N., Bronevoi I.L., Dyadyushkin E.G., Mironov V.A., Kumekov S.E., Perel' V.I. Superluminescence and brightening of gallium arsenide under interband absorption of picosecond light pulses // Solid State Communications. - 1989. - V.72, №7. - P. 625-629.
21. Броневой И.Л., Кривоносов А.Н. Спектр стимулированного излучения, возникающего при межзонном поглощении пикосекундного импульса света в тонком слое GaAs // ФТП. - 1998. - Т.32, №5. - С. 537-541.
22. Агеева Н.Н., Броневой И.Л., Кривоносов А.Н., Стеганцов С.В. Сверхбыстрая автомодуляция спектра поглощения света, возникающая при сверхкоротких оптической накачке и суперлюминесценции в GaAs // ФТП. - 2006. - Т.40, №7. - С. 806-814.
23. Агеева Н.Н., Броневой И.Л., Кривоносов А.Н., Налет Т.А. Цикличность сверхбыстрой автомодуляции спектра поглощения света, возникающей при накачке и стимулированном излучении в GaAs // ФТП. - 2008. - Т.42, №9. - С.1053-1060.
24. Агеева Н.Н., Броневой И.Л., Кривоносов А.Н. Субтерагерцовые автоколебания в сверхбыстрой автомодуляции поглощения света в GaAs // ФТП. - 2008. - Т.42, №12. - С. 1426-1433.