Dynamics of Quantum Dot Lasers: Effects of Optical Feedback and External Optical Injection

این پایان نامه به پویایی ساختارهای نیمه هادی نانوفوتونیکی پیشرفته می پردازد و اطلاعات ضروری را در مورد جنبه های اساسی سیستم های دینامیکی غیرخطی از یک سو و کاربردهای فناوری در مخابرات مدرن از سوی دیگر ارائه می دهد. سه ساختار مختلف لیزری پیچیده با جزئیات در نظر گرفته شده اند: (1) یک لیزر نیمه هادی مبتنی بر نقطه کوانتومی تحت تزریق نوری از یک لیزر اصلی، (2) یک لیزر نقطه کوانتومی با بازخورد نوری از یک تشدیدگر خارجی، و (iii) لیزر نیمه هادی چاه کوانتومی با حالت غیرفعال با جاذب قابل اشباع تحت بازخورد نوری از یک تشدید کننده خارجی. این کار با استفاده از طیف وسیعی از روش‌ها، هم عددی و هم تحلیلی، به بینش‌های بنیادی جدیدی در مورد تعامل دینامیک لیزر غیرخطی مبتنی بر میکروسکوپی و آشفتگی‌های نوری با بازخورد و تزریق تاخیری دست می‌یابد.

This thesis deals with the dynamics of state-of-the-art nanophotonic semiconductor structures, providing essential information on fundamental aspects of nonlinear dynamical systems on the one hand, and technological applications in modern telecommunication on the other. Three different complex laser structures are considered in detail: (i) a quantum-dot-based semiconductor laser under optical injection from a master laser, (ii) a quantum-dot laser with optical feedback from an external resonator, and (iii) a passively mode-locked quantum-well semiconductor laser with saturable absorber under optical feedback from an external resonator. Using a broad spectrum of methods, both numerical and analytical, this work achieves new fundamental insights into the interplay of microscopically based nonlinear laser dynamics and optical perturbations by delayed feedback and injection.