Μελέτη διατάξεων λέιζερ κβαντικών τελειών, εγκλείδωσης τρόπων για τηλεπικοινωνιακές και βιο-ιατρικές εφαρμογές
Authors: Μεσαριτάκης Χάρης 
Published: August 2021

Η συγκεκριµένη διδακτορική διατριβή πραγµατεύεται την µελέτη ολοκληρωµένων διατάξεων λέιζερ κβαντικών τελειών, για την επίτευξη παθητικής εγκλείδωσης τρόπων και κατ’ επέκταση την παραγωγή οπτικών παλµών µικρού χρονικού εύρους και µεγάλης οπτικής ισχύος. Στα πλαίσια της διερεύνησης πραγµατοποιήθηκε βιβλιογραφική µελέτη για την ανάδειξη των δυνατοτήτων των ηµιαγωγικών λέιζερ όσο αναφορά την ποιότητα της παλµικής λειτουργίας, καθώς και σκιαγραφήθηκαν τόσο τα πλεονεκτήµατα όσο και τα προβλήµατα που παρουσιάζουν. Η βιβλιογραφική µελέτη των συµβατικών δοµών κατέδειξε την αναγκαιότητα για χρήση νέων υλικών όπως είναι η κβαντικές τελείες για την άρση των περιορισµών. Στη συνέχεια αναπτύχθηκε ένα θεωρητικό µοντέλο βασισµένο σε πολυπληθισµιακές εξισώσεις φορέων για την µοντελοποίηση διατάξεων λέιζερ κβαντικών τελειών σε παθητική εγκλείδωση τρόπων. Η θεωρητική µελέτη πουπραγµατοποιήθηκε ανέδειξε εξαιρετικά ενδιαφέροντα αποτελέσµατα όσο αναφορά την επίδραση των συνθηκών πόλωσης στα χρονικά χαρακτηριστικά των παλµών όσο και αποκάλυψε νέες περιοχές λειτουργίας που σχετίζονται µε την ύπαρξη επιπλέον φασµατικών περιοχών εκποµπής. Τη θεωρητική µελέτη ακολούθησε η πειραµατική διερεύνηση διατάξεων λέιζερ κβαντικών τελειών µε αρχικό κίνητρο την επιβεβαίωση των θεωρητικά προβλεφθέντων συµπεριφορών. Στο πρώτο τµήµα της πειραµατικής µελέτης παρουσιάζεται η εξέλιξη µεγεθών όπως είναι το οπτικό φασµατικό εύρος, το ηλεκτρικό φάσµα των διατάξεων καθώς και τα χρονικά χαρακτηριστικά ως προς τις συνθήκες πόλωσης. Στη συνέχεια πραγµατοποιήθηκε πειραµατική διερεύνηση φαινοµένων ταυτόχρονης εγκλείδωσης από δύο ανεξάρτητες φασµατικές περιοχές σε πλήρη συµφωνία µε τα θεωρητικάαποτελέσµατα. Στο επόµενο τµήµα της πειραµατικής διερεύνησης µελετήθηκαν συµπεριφορές, οι οποίες δεν είχαν προβλεφθεί θεωρητικά λόγω απλοποιήσεων που είχαν πραγµατοποιηθεί στο θεωρητικό µοντέλο. Αυτές οι νέες περιοχές λειτουργίας παρουσίασαν έντονο ερευνητικό ενδιαφέρον λόγω των πιθανών µελλοντικών τους εφαρµογών στον τηλεπικοινωνιακό και βιο-ιατρικό τοµέα. Η πρώτη περιοχή λειτουργίας σχετίζεται µε την ύπαρξη δύο διακριτών φασµατικών περιοχών εκποµπής, που οφείλονται σε φαινόµενα κορεσµού της απολαβής και επέτρεψαν την ταυτόχρονη καισυντονιζόµενη εγκλείδωση τρόπων και από τις δύο κορυφές όσο και την µείωση της διάρκειας των παλµών. Επιπλέον µελετήθηκε για πρώτη φορά η ανοχή των διατάξεων κβαντικών τελειών στην ύπαρξη οπτικής ανατροφοδότησης σε όλες τις δυνατές περιοχές εκποµπής και εξάχθηκαν ενδιαφέροντα συµπεράσµατα για τη διαφορετική δυναµική περιοχή λειτουργίας της κάθε φασµατικής περιοχής. Επιπλέον µελετήθηκαν οι επιπτώσεις ανοµοιογενούς άντλησης σε διατάξεις κβαντικών τελειών πολλαπλών τµηµάτων. Η συγκεκριµένη διερεύνηση αποκάλυψε την ύπαρξη εγγενών ασταθειών που δεν σχετιζόντουσαν µε την ύπαρξη οπτικής ανατροφοδότησης αλλά µε τη δυναµική των φορέων, και επέτρεψε την επίτευξη παλµικής λειτουργίας αλλά και χαοτικής λειτουργίας χωρίς τη χρήση επιπλέον διατάξεων. Αυτή η τελευταία εφαρµογή είναι εξαιρετικάσηµαντική και µπορεί να επιτρέψει την χρήση πιο απλών διατάξεων βασισµένων σε κβαντικές τελείες για χρήση σε τηλεπικοινωνιακά συστήµατα που βασίζονται στη χαοτική κρυπτογραφία. Τέλος ο πειραµατικός χαρακτηρισµός ενός µεγάλου εύρους διατάξεων οι οποίες διέθεταν διαφορετικά κατασκευαστικά χαρακτηριστικά επέτρεψε την εξαγωγή σχεδιαστικών κανόνων για τις νέες γενιές λέιζερ κβαντικών τελειών.