Известия высших учебных заведений

Прикладная нелинейная динамика

ISSN 0869-6632 (Print)
ISSN 2542-1905 (Online)


Образец для цитирования:

Кочкуров Л. А., Балакин М. И., Купцов П. В., Морозов Ю. А. Влияние запаздывания на динамику оптического параметрического осциллятора с внутрирезонаторной накачкой полупроводниковым дисковым лазером //Известия вузов. ПНД. 2019. Т. 27, вып. 3. С. 61-72. DOI: https://doi.org/10.18500/0869-6632-2019-27-3-61-72

Опубликована онлайн: 
20.06.2019
Язык публикации: 
русский
УДК: 
535.015; 535.14; 535.530; 537.86

Влияние запаздывания на динамику оптического параметрического осциллятора с внутрирезонаторной накачкой полупроводниковым дисковым лазером

Авторы: 
Кочкуров Леонид Алексеевич, Саратовский государственный технический университет имени Гагарина Ю.А. (СГТУ)
Балакин Максим Игоревич, Саратовский государственный технический университет имени Гагарина Ю.А. (СГТУ)
Купцов Павел Владимирович, Саратовский государственный технический университет имени Гагарина Ю.А. (СГТУ)
Морозов Юрий Александрович, Институт радиотехники и электроники им. В.А. Котельникова Российской академии наук
Аннотация: 

Тема. Исследована динамика численной модели нелинейного оптического взаимодействия в резонаторе полупроводникового дискового лазера с учетом временного запаздывания. Проанализированы условия самовозбуждения колебаний, режимы стационарной генерации и их устойчивость. Методы. Для анализа устойчивости стационарной генерации был использован пакет DDE-Biftool. Анализ динамических режимов более высокой размерности проводился с помощью численного интегрирования, построения фазовых портретов, спектров и расчета показателей Ляпунова. Результаты. Проведено численное моделирование динамики излучения в области неустойчивости стационарного состояния. Показано, что неустойчивость носит квазигармонический характер только вблизи бифуркации Андронова–Хопфа, и быстро принимает квазипериодический характер при вариации управляющих параметров. Изучены переходные процессы в системе. Обсуждение. Полученные результаты могут быть использованы для оптимизации параметров лазерных генераторов в устройствах спектроскопии высокого разрешения.

 

Финансовая поддержка. Работа выполнена при поддержке грантов РФФИ No 18-32-01028-мол_а и 18-08-00599-а, а также в рамках государственного задания ИРЭ им. В.А. Котельникова РАН.

DOI: 
10.18500/0869-6632-2019-27-3-61-72
Библиографический список: 

1. Sorokina I.T., Vodopyanov K.L., eds. Solid-State Mid-Infrared Laser Sources. Ser. Topics in Applied Physics, Vol. 89. Springer-Verlag, 2003. 558 p.
2. Morozov Y.A., Morozov M.Y., Kozlovsky V.I., Okhotnikov O.G. Compact intracavity singly-resonant optical parametric oscillator pumped by GaSb-based vertical external cavity surface-emitting laser: Concept and the main operational characteristics // IEEE J. of Selected Topics in Quantum Electron. 2015.Vol. 21, no. 1. 1603105–1–1603105–5.

3. Morozov Y.A. Multi-mode dynamics of optical oscilators based on intracavity nonlinear frequency down-conversion // Appl. Phys B. 2018. Vol. 124, no. 1. 12–1–12–7.
4. Stothard D.J.M., Hopkins J.-M., Burns D., Dunn M.H. Stable, continuous-wave, intracavity, optical parametric oscillator pumped by a semiconductor disk laser (VECSEL) // Optics Express. 2009. Vol. 17, no. 13. P. 10648–10658.
5. Siegman A.E. Lasers, University Science Book, 20 Edgehill Road, Mill Valley, California, 1986.
6. Oshman M.K. and Harris S.E. Theory of optical parametric oscillation internal to the laser cavity// IEEE J. Quantum Electron. 1968. Vol. QE-4, no. 8. P. 491–502.
7. Hodges S.E., Munroe M., Cooper J., Raymer M.G. Multimode laser model with coupled cavities and quantum noise // JOSA B. 1997. Vol. 14, no. 1. P. 191–199.
8. Turnbull G.A., Dunn M.H., Ebrahimzadeh M. Continuous-wave, intracavity optical parametric oscillators: an analysis of power characteristics // Appl. Phys B. 1998. Vol. 66. P. 701–710.
9. Morozov Y.A. Transient power characteristics of a compact singly resonant intracavity optical parametric oscillator pumped by a semiconductor disk laser // JOSA B. 2016. Vol. 33, no. 7. P. 1470–1475.
10. Park J.-D., Seo D.-S., McInerney J. Self-pulsations in strongly coupled asymmetric external cavity semiconductor lasers // IEEE J. Quantum Electron. 1990. Vol. 26, no. 8. P. 1353–1362.
11. Hui R.-Q., Tao S.-P. Improved rate equations for external cavity semiconductor lasers // IEEE J. Quantum Electron. 1989. Vol. 25. P. 1580–1584.
12. van Tartwijk G.H. M., Lenstra D. Semiconductor laser with optical injection and feedback //Quantum Semiclass. Opt. 1995. Vol. 7. P. 87–143.
13. Morozov Y.A., Leinonen T., Hark  ̈ onen A., Pessa M.  ̈ Simultaneous dual-wavelength emission from vertical external-cavity surface-emitting laser: A numerical modeling // IEEE J. Quantum Electron. 2006. Vol. 42. P. 1055–1061.

14. Lang R., Kobayashi K. External optical feedback effects on semiconductor injection laser properties // IEEE J. Quantum Electron. 1980. Vol. 16. P. 347–355.

15. Морозов Ю.А., Балакин М.И., Кочкуров Л.А., Морозов М.Ю. Генератор разностной частоты и оптический параметрический генератор с внутрирезонаторной накачкой полупроводниковым дисковым лазером: Сопоставительный анализ в модели с запаздыванием // Изв. Сарат. ун-та. Нов. сер. Сер. Физика. 2019. Т. 19, No 1. С. 34 – 42.
16. Calvez S., Burns D., Dawson M.D. Optimization of an optically pumped 1.3-μm GaInNAs vertical-cavity surface-emitting laser // IEEE Phot. Techn. Lett. 2002. Vol. 14, no. 2. P. 131–133.

17. Tropper A.C., Hoogland S. Extended cavity surface-emitting semiconductor lasers // Prog. Quantum Electronics. 2006. Vol. 30. P. 1– 43.

18. Engelborghs K., Luzyanina T., Samaey G. DDE-BIFTOOL. v.2.00 user manual: a Matlab package for bifurcation analysis of delay differential equations. Technical Report TW-330, Katholieke Universiteit Leuven, Leuven, Belgium (2001).
19. Benettin G., Galgani L., Giorgilli A., Strelcyn J.-M. Lyapunov characteristic exponents for smooth dynamical systems and for Hamiltonian systems: A method for computing all of them. Part 1: Theory // Meccanica. 1980. Vol. 15, no. 1. P. 9–20.
20. Shimada I., Nagashima T. A numerical approach to ergodic problem of dissipative dynamical systems // Prog. Theor. Phys. 1979. Vol. 61, no. 6. P. 1605–1616.
21. Kuptsov P., Parlitz U. Theory and computation of covariant Lyapunov vectors // Journal of Nonlinear Science. 2012. Vol. 22, no. 5. P. 727–762. DOI 10.1007/s00332-012-9126-5.

22. Купцов П.В. Вычисление показателей Ляпунова для распределенных систем: Преимущества и недостатки различных численных методов // Изв. вузов. Прикладная нелинейная динамика. 2010. Т. 18, No 5. С. 93–112.
23. Kuptsov P.V., Kuznetsov S.P. Numerical test for hyperbolicity of chaotic dynamics in time-delay systems // Phys. Rev. E. 2016. Vol. 94. 010201(R).
24. Kuptsov P.V., Kuznetsov S.P. Numerical test for hyperbolicity in chaotic systems with multiple time delays // Communications in Nonlinear Science and Numerical Simulation. 2018. Vol. 56. P. 227–239.

Краткое содержание: