Моделирование бистабильного оптического отклика экситон-поляритонов в фотонно-кристаллическом слое

Аннотация

Целью работы является изучение теоретических методов описания оптической бистабильности в резонансных твердотельных фотонных структурах типа брэгговских микрорезонаторов и фотонно-кристаллических слоев с квантовыми ямами. В работе рассматривается феноменологический метод описания оптической бистабильности за счет нелинейного сдвига резонансной частоты экситона с ростом интенсивности резонансной накачки. С помощью Фурье-модального метода и оптической матрицы рассеяния убедительно доказывается образование т.н. волноводных экситон-поляритонов в диэлектрических фотонно-кристаллических слоях, содержащих квантовые ямы с квазидвумерными экситонами. Вычислено также распределение электромагнитного поля в области встроенной квантовой ямы под действием резонансной с волноводным экситон-поляритоном внешнего возбуждения и показана его сильная пространственная неоднородность. Основной вывод работы состоит в том, что имеется принципиальная возможность наблюдения эффектов бистабильности на таких экситон-поляритонах в фотонно-кристаллических полях, но из-за сильной пространственной неоднородности поля использовать развитые ранее феноменологические методы описания поляритонной бистабильности нельзя. Необходимо усовершенствовать Фурье-модальное разложение, для самосогласованного учета неоднородности поля в квантовой яме.

Полученные результаты

В ходе работы на основе системы уравнений Максвелла и Шредингера в резонансном приближении была исследована бистабильная зависимость экситонного отклика на внешнее поле в пространственно- модулированной структуре.

На основе Фурье-модального разложения и формализма матрицы рассеяния с помощью предоставленной программы написан код, позволяющий рассчитать: оптические спектры отражения/пропускания фотонно-кристаллического слоя с экситоном в квантовой яме, а также распределение в исследуемом объекте электромагнитных полей при резонансном возбуждении. На их основе был сделан вывод о существовании поляритонного эффекта в структуре такого типа, а также необходимости изменения методологического подхода к исследованию этого явления.