ابطاء الضوء باستخدام الشفافية الكهرومغناطيسية المحتثة في انظمة InGaAs/InGaAsP شبه الموصلة النقطية الكمية == Slow Light Using Electromagnetic Induced Transparency in InGaAs/InGaAsP Semiconductor Quantum Dot Systems
Author name:
محسن كاظم عبد الخيكاني
Supervisor name:
امين حبيب حنون الخرسان | كاظم حسن حسين الموسوي
General topic:
Physics
Specific topic:
Optical Fiber
Degree:
Master
University:
Mustansiriyah University - College Of Science
Language:
English
University location:
Baghdad
First pages:
26T1919 - p.pdf
Abstract:
اصبحت المقدرة على معالجة سرعة الضوء احد الموضوعات المثيرة حاليا في البصريات. هذه الاطروحة تتناول ابطاء الضوء في تراكيب اشباه الموصلات النقطية الكمية ذات البناء النانو اعتمادا" على خواصها التي تم التنبؤ بها. استخدمت انظمة InGaAs/In1 - xGaxAsyP1 - y/InP النقطية الكمية كموضوع للدراسة. ان هذا نتيجة لخواصها الطيفية حيث يصبح العمل ممكنا" عند الطول الموجي الخاص بالاتصالات البصرية (1550 نانوميتر). استخدمت الشفافية المحتثة كهرومغناطيسيا لابطاء الضوء في هذه الدراسة التي يمكن ان تقسم الى اقسام. في القسم الاول ، وبافتراض ان النقط الكمية تاخذ شكل قرص تمت دراسة انظمة InGaAs/In1 - xGaxAsyP1 - y/InP النقطية الكمية لنسب0.1=x ،0.2،0.39 وابعاد (14، 3.5)، (14، 6.5)، و(30،8) نانوميتر على التوالي لكل من (نصف القطر، الارتفاع) للقرص الكمي. استخدمت دوال بسل لوصف دوال الموجة. ومن ثم، تم حساب مستويات الطاقة في مستوي القرص وعند الارتفاع. تمت دراسة ابعاد مختلفة من (نصف القطر، الارتفاع) للنسبة 0.1=x. اعتمادا" على حساب مستويات الطاقة، تمت دراسة التاثيرية الخطية لهذه الانظمة النقطية الكمية ثلاثية المستويات في الجزء الثاني من هذه الدراسة. تمت دراسة تاثير معاملات مثل تركيب الطبقة الرطبة، قدرة الضخ، العرض المتجانس للخط، معدل الاسترخاء، تنغيم موجتي الاشارة والضخ على الامتصاص ومعامل الانكسار. وجد انه عند قدرة ضخ محددة يظهر شباك الشفافية. مع زيادة قدرة الضخ يتسع شباك الشفافية بينما يقل الامتصاص. نفس التصرف شوهد ايضا عند تناقص نسبة الانديوم في الطبقة الرطبة.كما شوهد تاثير قوي للعرض المتجانس للخط. في الجزء الثالث من الدراسة تمت دراسة ابطاء الضوء، حيث تمت دراسة المعاملات التي اثرت على الجزء الثاني من هذه الدراسة. لقد وجد انه عند قدرة محددة يمكن ابطاء الضوء باكبر قدر ممكن. من ثم تقل مقدرة ابطاء الضوء عند زيادة قدرة الضخ. لقد وجد ان العمل عند بعض قيم عرض الخط المتجانس مناسبة للتطبيقات البصرية كليا". لقد وجد ان تقليل نسبة الانديوم تقلل مقادير ابطاء الضوء. في الجزء الرابع تم اشتقاق التاثيرية اللاخطية للنظام النقطي الكمي ذي ثلاث مستويات، اعتمادا" على نظرية مصفوفة الكثافة. تم حساب الامتصاص الكلي (الخطي واللاخطي) للتراكيب موضوع الدراسة. لقد وجد ان الطاقة المطلوبة لكي تظهر الفجوة الطيفية تقل مع انخفاض نسبة الانديوم. | The ability to manipulate the speed of light has recently become one of the most exciting emergent topics in optics. This thesis presents the study of slow light in quantum dot (QD) semiconductor nanostructures depending on their predicted properties. InGaAs/In1 - xGaxAsyP1 - y/InP QD system is used as a subject of this study. This is due to their spectral characteristics, where one can work at (1.55µm) the wavelength of optical communications. Electromagnetically induced transparency is used to slow light in this study which can be divided into the following parts. In part one, assuming a disc shaped of the QDs, an InGaAs/In1 - xGaxAsyP1 - y/InP QD system is studied theoretically for mole fractions x = 0.1, 0.2 and 0.39 at (14, 3.5), (14, 6.5) and (30, 8) nm respectively, for (radius and height) of the quantum disc. Bessel functions are used to describe wave functions. Then, the energy levels are calculated in the disc - plane and height. Different sizes (radius and height) for x = 0.1 mole fraction are studied.Depending on the energy level calculations, the linear susceptibility of these three - level QD systems is studied theoretical calculated in part two. Effect of parameters like : Wetting Layer composition, pump power, homogeneous linewidth, dephasing rate, and signal (and pump) detuning on the absorption and refractive index are studied. It is found that at certain pump power the transparency window appears. With increasing pumping power the transparency window is widened while the absorption is reduced. This behavior is also seen with reducing In - mole fraction in the WL. Strong effect of homogeneous broadening is also seen. In part three, the slow light is studied, where the parameters affecting on part two is also studied here. It is found that at certain pump power the slow light gets maximum value 1.4x10 - 5 W/cm2. Then it is reduced with increasing power. Work at some homogenous linewidths is found to be adequate in all - optical applications. Reducing In - mole fraction is shown to reduce slow light values. While high values are gotten for structures with smaller size. Values of storage time are then deduced for structures under study. Parts two and three are included in chapter three of this thesis.In part four, the non - linear susceptibility for a three - level QD system is derived based on the density matrix theory. The total absorption (linear and non - linear) is then calculated for the structures under study. It is found that the power required to be the spectral - hole appear is reduced with decreasing In - mole fraction.
