CC BY
2а. й"„лодь™"чтны; новые материалы активные среды и наноструктуры
-ПРОХОРОвОСИЕ НЕДЕЛИ-
Мультистабильность экситон-поляритонов в хиральном полупроводниковом микрорезонаторе
Дмитриева О.А.
Институт общей физики им. А.М. Прохорова Российской академии наук, Москва Физический факультет МГУ им. М.В. Ломоносова, Москва Сколковский институт науки и технологии, Москва
Е-mail: dmitrieva. oa16@physics. msu. ru
DOI: 10.24412/cl-35673-2023-1-80-81
В последнее время актуальной задачей является создание компактных источников циркулярно-поляризованного света для спектроскопии и сенсорики. Один из новых подходов к её решению предполагает использование хиральных фотонных структур, что позволяет достигать высокой (до 90 %) степени циркулярной поляризации излучения в лазерном режиме [1, 2]. В то же время, в таких структурах возникают интересные эффекты бистабильности и мультистабильности при резонансной оптической накачке ниже порога лазерной генерации [3-5]. Целью данной работы является теоретическое исследование явлений мультистабильности в хиральном микрорезонаторе при когерентной резонансной линейно поляризованной оптической накачке.
Объектом исследования является планарный брэгговский микрорезонатор с квантовыми ямами в активной области. На верхнем зеркале микрорезонатора для получения хиральной системы изготовлен фотонный кристалл, представляющий собой квадратную решётку микропилларов с симметрией C4 (рис. 1 (а)).
Взаимодействие сильной резонансной накачки с экситонами в квантовой яме вызывает синий сдвиг экситонной частоты, который приводит к появлению бистабильных переходов экситонной плотности при изменении интенсивности накачки. Из-за хиральности микрорезонатора при слабой линейно поляризованной накачке отклик поляризован эллиптически. Степень циркулярной поляризации отклика рс зависит от геометрии хирального фотонного кристалла на верхнем зеркале резонатора. Однако при сильной накачке рс скачкообразно возрастает и достигает высоких значений даже для слабо хирального микрорезонатора: рс ~ 4 % при слабой накачке и до 70 % в нелинейном режиме (рис. 1 (в)), так как в хиральной системе
А „ 24-26 октября 2023 г.
^ А -ПРОХОРОвОСИЕ НЕДЕЛИ-
пороги бистабильных переходов различны для правой и левой циркулярной поляризации накачки (рис. 1 (б)) [6].
Рассмотрено два метода теоретического расчёта отклика системы при заданных параметрах накачки. Первый метод предполагает однородность отклика в пределах обеих квантовых ям. Во втором методе распределение поля в квантовых ямах учитывается самосогласованно. Показано, что результаты, получаемые обоими методами, близки (рис. 1 (г)), хотя для расчёта точных значений лучше использовать метод, учитывающий распределение поля.
Рис. 1. Элементарная ячейка микрорезонатора (а). зависимость плотности экситон-поляритонов от интенсивности право- и левополяризованной накачки (б). Зависимость рс от интенсивности линейно поляризованной накачки (в). Результаты двух методов (г).
Автор выражает благодарность научному руководителю, д.ф.- м.н., проф. Тиходееву С.Г., и д.ф.-м.н., проф. Гиппиусу Н.А. за обсуждение результатов, а также РНФ за финансовую поддержку (грант № 22-12-00351).
1. Maksimov A.A., Filatov E.V., Tartakovskii I.I., et al. Phys. Rev. Applied. 2022. 17. L021001.
2. Максимов А.А., Филатов Е.В., Тартаковский И.И. Письма в ЖЭТФ. 2022. 116. 500-505.
3. Gippius N.A., Tikhodeev S.G., Kulakovskii V.D. et al. Europhys. Lett. 2004. 67. 997.
4. Gippius N.A., Shelykh I.A., Solnyshkov D.D. et al. Phys. Rev. Lett. 2007.98.236401.
5. Гаврилов С.С. УФН. 2020. 190. 137.
6. Дмитриева О.А., Гиппиус Н.А., Тиходеев С.Г. Доклады РАН. Физика. Технические науки. 2023. 510. 10-15.
