Теоретическое исследование влияния параметров усиливающей и поглощающей среды на динамику когерентной синхронизации мод в двухсекционном лазере
фонд Базис
Государственное задание Физико-технического института им. А.Ф. Иоффе, 0040-2019-0017
Архипов Р.М.1, Архипов М.В.1, Дьячкова О.О.1,2, Пахомов А.В.1,2, Розанов Н.Н.1
1Физико-технический институт им. А.Ф. Иоффе РАН, Санкт-Петербург, Россия
2Санкт-Петербургский государственный университет, Санкт-Петербург, Россия

Email: arkhipovrostislav@gmail.com, mikhail.v.arkhipov@gmail.com, o.o.dyachkova@gmail.com, antpakhom@gmail.com, nnrosanov@mail.ru
Поступила в редакцию: 15 апреля 2025 г.
В окончательной редакции: 28 апреля 2025 г.
Принята к печати: 29 апреля 2025 г.
Выставление онлайн: 18 июля 2025 г.
Проведено теоретическое исследование влияния параметров усиливающей и поглощающей сред на динамику когерентной синхронизации мод (КСМ) в двухсекционном лазере. На основе аналитических расчетов и численного моделирования изучены условия формирования устойчивого режима КСМ при параметрах, характерных для терагерцовых квантово-каскадных лазеров (ККЛ). С использованием обобщённой теоремы площадей доказаны существование и устойчивость режима КСМ в таких системах. Численное решение нелинейных уравнений, описывающих взаимодействие излучения с активной и пассивной средами, позволило определить ключевые параметры, влияющие на динамику КСМ. Показано, что критическую роль играет соотношение времен релаксации населенностей в усиливающей и поглощающей средах. Полученные результаты важны для разработки самостартующих компактных лазерных систем, генерирующих короткие импульсы, в частности, для терагерцовых ККЛ. Такие системы перспективны для применения в сверхбыстрой спектроскопии и других приложениях, требующих стабильной генерации ультракоротких импульсов Ключевые слова: когерентная синхронизация мод, двухсекционный лазер, квантово-каскадный лазер, самоиндуцированная прозрачность, нелинейная динамика.
- V.V. Kozlov. Phys. Rev. A, 56, 1607 (1997)
- S.L. McCall, E.L. Hahn. Phys. Rev., 183, 457 (1969)
- Л. Аллен, Дж. Эберли. Оптический резонанс и двухуровневые атомы (Мир, М., 1978). [L. Allen, J.H. Eberly. Optical resonance and two-level atoms (Wiley, N. Y., 1975)]
- M.A. Talukder, C.R. Menyuk. Phys. Rev. A, 79, 063841 (2009)
- R. Arkhipov, M. Arkhipov, I. Babushkin. Opt. Commun., 361, 73 (2016)
- R.M. Arkhipov, M.V. Arkhipov, I. Babushkin, N.N. Rosanov. Opt. Lett., 41, 737 (2016)
- R. Arkhipov, M. Arkhipov, A. Pakhomov, I. Babushkin, N. Rosanov. Phys. Rev. A, 105, 013526 (2022)
- A. Outafat, S. Faci, E. Richalot, S. Protat, C. Algani. Opt. Quant. Electron., 54 (5), 283 (2022)
- U. Keller. Appl. Phys. B, 100, 15 (2010)
- J.C. Diels, W. Rudolph. Ultrashort laser pulse phenomena (Elsevier, 2006)
- A. Pakhomov, M. Arkhipov, N. Rosanov, R. Arkhipov. Phys. Rev. A, 108, 023506 (2023)
- A. Pakhomov, R. Arkhipov. Phys. Rev. A, 109, 033519 (2024)
- M.V. Arkhipov, A.A. Shimko, N.N. Rosanov, I. Babushkin, R.M. Arkhipov. Phys. Rev. A, 101 (1), 013803 (2020)
- R. Paiella, F. Capasso, C. Gmachl, D.L. Sivco, J.N. Baillargeon, A.L. Hutchinson, A.Y. Cho, H.C. Liu. Science, 290, 1739-1742 (2000)
- R. Paiella, F. Capasso, C. Gmachl, H.Y. Hwang, D.L. Sivco, A.L. Hutchinson, A.Y. Cho, H.C. Liu. Appl. Phys. Lett., 77, 169-171 (2000)
- C.Y. Wang, L. Kuznetsova, V.M. Gkortsas, L. Diehl, F.X. Kartner, M.A. Belkin, A. Belyanin, X. Li, D. Ham, H. Schneider, P. Grant, C.Y. Song, S. Haffouz, Z.R. Wasilewski, H.C. Liu, F. Capasso. Opt. Express, 17, 12929-12943 (2009)
- M.A. Talukder, C.R. Menyuk. Optics Express, 22 (13), 15608-15617 (2014)
- E. Riccardi, V. Pistore, S. Kang, L. Seitner, A. De Vetter, C. Jirauschek, J. Mangeney, L. Li, A.G. Davies, E.H. Linfeld et al. Nat. Photon., 17, 1-8 (2023)
- Р.М. Архипов, М.В. Архипов, О.О. Дьячкова, А.В. Пахомов, Н.Н. Розанов. Опт. и спектр., 131 (7), 933 (2023). [R.M. Arkhipov, M.V. Arkhipov, O.O. Diachkova, A.V. Pakhomov, N.N. Rosanov. Opt. Spectrosc., 131 (7), 884 (2023)]
- R. Arkhipov, O. Diachkova, A. Pakhomov, M. Arkhipov, N. Rosanov, B. Zhmud, R. Khabibullin. Appl. Phys. B, 130 (10), 184 (2024)
- H. Choi, V.M. Gkortsas, L. Diehl, D. Bour, S. Corzine, J. Zhu, G. Höfler, F. Capasso, F.X. Kartner, T.B. Norris. Nature Photonics, 4, 706 (2010)