Full metadata record
| DC Field | Value | Language |
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| dc.contributor.advisor | 김칠민 | - |
| dc.contributor.author | Lee, In-Goo | - |
| dc.date.accessioned | 2020-08-06T06:17:02Z | - |
| dc.date.available | 2020-08-06T06:17:02Z | - |
| dc.date.issued | 2020 | - |
| dc.identifier.uri | http://dgist.dcollection.net/common/orgView/200000332312 | en_US |
| dc.identifier.uri | http://hdl.handle.net/20.500.11750/12181 | - |
| dc.description | Microdisk laser, Microcavity, Semiconductor laser, Marginally unstable periodic orbit, Scarred mode, Threshold | - |
| dc.description.abstract | We experimentally observe the lasing of a single-mode group in a rounded D-shape InGaAsP semiconductor microcavity laser when the cavity is fully chaotic. Although there are numerous unstable periodic orbits and marginally unstable periodic orbits, the lasing mode group is localized on a pentagonal period-5 unstable periodic orbit and marginally unstable periodic orbits for each rounded D-shape microcavity laser with parameters r=0.85R, φ= 5° and r=0.5R, φ=80°, respectively, near above the lowest threshold for CW current injection. By means of numerical analyses with ray and wave dynamics, we have theoretically predicted the dominant lasing of the pentagonal mode group by considering the linear gain condition at the lowest threshold condition. We calculate the threshold parameters depending on the effective pumping region for each periodic orbit, and have obtained that the resonance modes localized on the pentagonal periodic orbits have the lowest threshold parameter for our experimental condition, which has a 3μm inward gap between the current contact region and the side-wall of the microcavity. Consequently, we have confirmed that the path length and unidirectional emission from the experimental the result well coincide with our theoretical prediction. | - |
| dc.description.statementofresponsibility | Y | - |
| dc.description.tableofcontents | Abstract Contents List of Figures I. Introduction 1 II. Lasing of scarred mode near above threshold in a rounded D-shape microcavity laser 3 2.1 Ray dynamical analysis and unstable periodic orbits 5 2.2 Wave analysis for the threshold pumping strength 7 2.3 Fabrication and experimental results 11 2.4 Discussion 15 2.4.1 Quality factor of the scarred mode 15 2.4.2 Unidirectional emission from a scarred mode lasing 17 2.5 Conclusion 17 III. Lasing modes localized on marginally unstable periodic orbits in arounded D-shape microcavity laser 20 3.1 Semiconductor RDS microcavity laser with an inward gap 21 3.2 Unstable periodic orbits in a ray dynamical simulation 23 3.3 Resonances localized on MUPOs and UPOs 27 3.4 Linear gain condition with a single-mode approximation 29 3.4.1 The threshold condition depending on the classical path of the periodic orbits 29 3.4.2 The threshold condition depending on the spatial wave function localized on the periodic orbits 30 3.4.3 The effective pumping region due to the fabricating configuration 33 3.5 Experimental results and emission characteristics 35 3.6 Conclusion 39 IV. Methods 40 4.1 Fabrication of the two dimensional semiconductor microcavity laser 40 4.2 Experimental set-up configuration 42 References 44 Summary (요약문) 52 |
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| dc.format.extent | 70 | - |
| dc.language | eng | - |
| dc.publisher | DGIST | - |
| dc.title | Thresholds of lasing modes localized on MUPO and UPO in fully chaotic microcavity lasers | - |
| dc.type | Thesis | - |
| dc.identifier.doi | 10.22677/thesis.200000332312 | - |
| dc.description.alternativeAbstract | 2차원 마이크로 디스크 공진기 레이저는 일반적으로 안정적 주기 궤도(stable periodic orbit)를 비롯한 주기궤도(periodic orbit) 및 준주기궤도(quasi-periodic orbit)에 국한된 공명 상태가 레이저 모드로써 발진된다. 그러나 완전 혼돈 마이크로 디스크 공진기는 안정적 주기 궤도를 가지지 않으며, 위상 공간 내 혼돈 바다에 존재하는 불안정 주기 궤도(unstable periodic orbit)에 국한되어 레이저 발진을 이루게 된다. 이러한 불안정 주기 궤도에 국한된 상태를 스카 모드(scarred modes)라고 부르며 많은 연구를 통해 혼돈 공진기의 스카 모드 레이저 발진이 보고되어 왔다. 2차원 원형 공진기의 변형을 조절함에 따라 한계적 불안정 주기 궤도(marginally unstable periodic orbit)가 나타나는데, 이는 원형 공진기의 불변 곡선(invariant curve)으로 부터 기인한 것이다. 따라서 회랑 모드(whispering gallery mode)와 같이 전반사를 반복하기에 기대되는 품위값(quality factor) 또한 높으며 비록 고정점(fixed point)가 존재하지 않아 완전한 주기 궤도를 이루지 못하지만 궤도의 끈적임(stickiness)이 강하여 파동 모드가 국한되기에 좋은 조건을 갖는다. 이러한 불안정 주기 궤도와 한계적 불안정 주기 궤도를 동시에 가질 수 있는 둥근 D자형 공진기(rounded D-shape cavity)를 통해 불안정 주기 궤도와 한계적 불안정 주기 궤도를 수치해석적 방법과 실험을 통하여 조사하였다. 둥근 D자형 공진기의 변형 인자를 조절하여 불안정 주기 궤도만이 존재하는 상태로 만들어 분석했을 때, 오각형 불안정 주기 궤도에 국한되어 레이저 발진이 일어나 단방향성 방출이 나타나는 것을 확인할 수 있었다. 육각형 이상의 불안정 주기 궤도가 더 높은 품위값을 가지고 있음에도 불구하고, 우리가 공정한 샘플은 전극과 공진기 경계 사이에 3 마이크로미터의 틈이 존재하기에 육각형 이상의 불안정 주기 궤도에 충분한 양의 유효 전류 주입이 이뤄지지 않고 때문에 해당 모드의 이득(gain)이 줄어들어 육각형 대신 오각형 궤도에 맺힌 레이저 모드가 발진된다. 이러한 현상은 선택적 펌핑을 통한 레이저 모드 선택에 필요한 공정 수고를 줄이고 기대하는 레이저 특성을 얻어내는 데에 이용할 수 있으며, 본 논문에서도 마이크로 공진기 레이저에서의 단방향성 방출을 달성하여 여러 응용으로의 가능성을 확인할 수 있었다. 또한 불안정 주기 궤도와 그에 짝이 맞는 한계적 불안정 주기 궤도를 동시에 갖는 다른 변형 인자를 사용한 둥근 D자형 공진기를 통해 두 종류의 궤도 간 임계 조건(threshold condition)을 비교하였으며, 전극과 경계면 사이의 틈은 불안정 주기 궤도만 존재하는 공진기와 마찬가지로 3 마이크로미터로 공정하였다. 고전적 유효 경로 길이와 공진기 내 파동 함수 분포를 통하여 각 주기 궤도의 고전역학적, 파동역학적 임계 변수(threshold parameter)를 비교하였으며 이를 통해 유효 전류 주입 영역과 공진기 경계면 사이의 거리에 따라 어떠한 주기 궤도가 가장 낮은 임계 변수를 가지는지 확인할 수 있었다. 약 1.7 마이크로미터일 때 오각형 한계적 불안정 주기 궤도의 임계 변수가 가장 낮게 나왔으며, 이는 단일 모드 근사 조건에서 1.7 마이크로미터의 유효 펌핑 간격이 존재할 경우, 오각형 한계적 불안정 주기 궤도에 국한된 레이저 발진이 일어날 것을 암시한다. 1.7 마이크로미터는 우리의 공정조건 인 3 마이크로미터보다 작은 값이지만, 낮은 전류에서 옴의 법칙과 연속 방정식을 따르는 전류 확산 과정을 고려할 때 이는 이득 매질(gain medium)의 위치에서의 유효 전류 주입 영역과 일치하는 결과이다. 본 논문에서는 유효 전류 주입 영역에 따른 선형 이득 조건식을 통해 각 주기 궤도 간의 임계 조건을 직접 비교하였으며, 이를 통해 둥근 D자형 공진기에서의 오각형 궤도 발진을 추정하고 실험을 통해 검증하였다. 특히 한계적 불안정 주기 궤도와 불안정 주기 궤도 간의 경쟁에서 별도의 선택적 전류 주입 없이 한계적 불안정 주기 궤도의 레이저 발진을 수치해석적 방법과 실험적 검증을 통하여 확인할 수 있었다. |
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| dc.description.degree | Doctor | - |
| dc.contributor.department | Department of Emerging Materials Science | - |
| dc.contributor.coadvisor | Ryu, Jung-Wan | - |
| dc.date.awarded | 2020/08 | - |
| dc.publisher.location | Daegu | - |
| dc.description.database | dCollection | - |
| dc.citation | XT.MM이68T 202008 | - |
| dc.date.accepted | 7/23/20 | - |
| dc.contributor.alternativeDepartment | 신물질과학전공 | - |
| dc.embargo.liftdate | 7/23/20 | - |
| dc.contributor.affiliatedAuthor | Lee, In-Goo | - |
| dc.contributor.affiliatedAuthor | Kim, Chil-Min | - |
| dc.contributor.affiliatedAuthor | Ryu, Jung-Wan | - |
| dc.contributor.alternativeName | 이인구 | - |
| dc.contributor.alternativeName | Kim, Chil-Min | - |
| dc.contributor.alternativeName | 유정완 | - |
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- Department of Physics and Chemistry Theses Ph.D.
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