Please use this identifier to cite or link to this item: http://repositorio.unicamp.br/jspui/handle/REPOSIP/331177
Type: TESE DIGITAL
Degree Level: Doutorado
Title: Optical gain medium incorporation into semiconductor optomechanical cavities = Incorporação de meio de ganho óptico em cavidades optomecânicas de semicondutor
Title Alternative: Incorporação de meio de ganho óptico em cavidades optomecânicas de semicondutor
Author: Princepe, Débora, 1989-
Advisor: Frateschi, Newton Cesário, 1962-
Abstract: Resumo: Sistemas optomecânicos e eletromecânicos baseados em semicondutores III-V tornaram-se um tópico de interesse. Além das propriedades atrativas desses materiais, essa atenção deve-se principalmente à possibilidade de integração do oscilador optomecânico e da cavidade do laser em um único dispositivo. A investigação teórica e experimental mostra que a interação nesses sistemas híbridos pode levar ao aumento da taxa de resfriamento optomecânico, controle da emissão laser, entre outros efeitos. Nesta tese, apresentamos nosso trabalho em osciladores optomecânicos ativos de material semicondutor. Sob uma abordagem semi-clássica, foi desenvolvido um modelo baseado em equações de taxa de laser acopladas a um oscilador harmônico, em que tanto as ressonâncias como as perdas ópticas são modificadas pela deformação da cavidade. Esse modelo difere da optomecânica de cavidades usual dado que o laser de bombeio e a dessintonia estão ausentes, levando a um controle feito pela injeção de corrente. O acoplamento entre vibração mecânica e oscilação de relaxação do laser é derivado da dinâmica do sistema, de modo que o regime de amplificação é alcançado para determinado valor de acoplamento optomecânico global. Sob essa condição, os fótons e a vibração mecânica apresentam oscilação auto-sustentada -- obtém-se então um laser auto-pulsado. A instrumentação para fabricação e medida do laser optomecânico foi desenvolvida com base em dispositivo microdisco com bombeio óptico com acoplamento optomecânico puramente dispersivo. Apresentamos então a investigação dos parâmetros relevantes para o projeto da cavidade em plataformas de GaAs. A emissão laser e a interação optomecânica são previstas e observadas em microdiscos com meio de ganho de poço quântico. Discutimos os desafios envolvidos na obtenção de um laser optomecânico. Finalmente, apresentamos o conceito de um laser optomecânico realista com otimização do acoplamento optomecânico empregando os mecanismos dispersivo e dissipativo. Essencialmente, um bullseye optomecânico ativo com forte acoplamento dispersivo é combinado com uma estrutura dissipativa, um anel metálico externo. A interação dispersiva é intensificada pelo confinamento de modos mecânicos e ópticos perto da borda do disco e o efeito de acoplamento dissipativo resulta da interação de campo próximo com o anel metálico separado por um estreito espaçamento. Mostra-se que esse novo dispositivo optomecânico dissipativo potencialmente resulta em um laser optomecânico realista

Abstract: Optomechanical and electromechanical systems based on III-V semiconductor materials have become a topic of high interest. Beyond the attractive material properties, this attention is mainly due to the possibility of integrating an optomechanical resonator with a laser cavity in a single device. Theoretical and experimental investigation show that interaction in these hybrid systems can provide enhancement of the optomechanical cooling rate, control of the laser emission, among other effects. In this thesis, we present our work on active optomechanical resonators built on semiconductor material. Under a semi-classical approach, a model based on the laser rate equations coupled to a harmonic oscillator was developed, with both optical resonance and loss modified by the cavity deformation. This model differs from usual Cavity Optomechanics since both the driving field and the detuning are absent, leading to a control done by current injection. A novel coupling model between mechanical vibration and laser relaxation oscillation is derived from the system dynamics, such that the amplification regime is achieved for certain value of overall optomechanical strength. Under this condition, photons and mechanical vibration present self-sustained oscillation -- therefore, a self-pulsed laser is obtained. Instrumentation for the fabrication and measurement of an optomechanical laser was developed based on microdisk geometry with optical pump and purely dispersive optomechanical coupling. We then present an investigation of the relevant parameters for the design of an optomechanical laser cavity based on GaAs platform. Laser emission and optomechanical interaction are predicted and observed in microdisks with quantum well gain medium. We discuss the significant challenges involved in obtaining an optomechanical laser. Finally, we present the design of a realistic optomechanical laser with a strong enhancement of the optomechanical coupling employing both dispersive and dissipative mechanisms. Essentially an active optomechanical bullseye with very strong dispersive coupling is combined with a dissipative structure, an external metallic ring. The dispersive interaction is enhanced by the confinement of mechanical and optical modes near the disk edge and the dissipative coupling effect is provided by near field interaction with the metallic ring separated by a small gap. This novel dissipative optomechanical device is shown to potentially result in a realistic optomechanical laser
Subject: Laser de semicondutor
Optomecânica de cavidade
Semicondutores III-V
Nanofotônica
Language: Inglês
Editor: [s.n.]
Date Issue: 2018
Appears in Collections:IFGW - Tese e Dissertação

Files in This Item:
File SizeFormat 
Princepe_Debora_D.pdf15.23 MBAdobe PDFView/Open


Items in DSpace are protected by copyright, with all rights reserved, unless otherwise indicated.