Введение к работе
. Актуальность темы диссертации.
В настоящее время существует большой интерес к проблеме оптической бистабилъности (ОБ) в связи с потенциальной возможностью построения на основе этого явления элементов оптической памяти, аналогов радиоэлектронных схем в системах хранения и обработки информации, а также создания оптических компьютеров. Суть явления ОБ заключается в том, что при прохождении лазерным излучением нелинейной среды при определенных условиях одному значению входной интенсивности светового пучка соответствует два устойчивых значения выходной интенсивности. При большем числе ее выходных значений говорят о мультистабильности.
В литературе известны многие схемы реализации ОБ, использующие дисперсию света, нелинейное поглощение, а также их комбинации. Однако поиск других ОБ элементов на основе новых механизмов нелинейности по-прежнему представляет собой актуальную задачу, т.к. требуемые для конкуренции с соответствующими электронными устройствами энергетические и временные характеристики оптических переключателей не достигнуты к настоящему времени.
Наряду с созданием новых ОБ элементов актуальной проблемой является вопрос о развитии неустойчивости стационарных состояний системы, в том числе и без внесения внешних возмущений, так как от этого зависит надежность хранения информации. Данная задача относится к интенсивно развиваемому в настоящее время разделу лазерной физики: лазерной динамике.
Взаимодействие лазерного излучения с полупроводником носит существенно нелинейный характер. Поэтому анализ его закономерностей невозможен без широкого применения компьютерного моделирования, что, в свою очередь, требует построения эффективных численных методов. Цель работы.
Цель работы состояла в изучении на основе математического моделирования полупроводниковых ОБ устройств, устойчивости стационарных состояний ОБ системы, анализе пространственно-временных характеристик среды в
условиях влияния лазеро-индуцированного поля и нелинейной зависимости времени релаксации носителей заряда от характеристик среды, а также в разработке численных методов для исследуемых задач. Научная новизна.
В работе показана возможность реализации нового типа ОБ - релаксационной бистабильности, в том числе и при энергии фотона, превосходящей энергию края поглощения. Получены условия реализации неустойчивости стационарных состояний и систематически изучено развитие автоволновых и колебательных процессов изменения характеристик среды (температуры, концентрации свободных носителей заряда, светоиндуцированного электрического поля). Обнаружен новый сценарий (аддитивный) увеличения пространственных частот характеристик среды.
Исследовано влияние светоиндуцированного поля на динамику реализации ОБ. При воздействии коротких световых импульсов обнаружено развитие периодических процессов зарождения и исчезновения поперечных доменов высокого поглощения без внесения внешних возмущений.
Построены и обоснованы разностные схемы для задач ОБ на основе возрастающего поглощения с учетом температурной зависимости времени релаксации свободных носителей заряда, влияния светоиндуцированного поля. Доказаны теоремы о сходимости разностного решения к дифференциальному. Практическая ценность.
Предложен новый тип ОБ - релаксационная ОБ. Показана принципиальная возможность потери устойчивости одним из стационарных состояний ОБ системы на основе возрастающего поглощения при температурной зависимости времени релаксации носителей заряда; изучено влияние светоиндуцированного электрического поля на формирование поперечных волн переключения в полупроводнике при концентрационной зависимости коэффициента поглощения. Результаты работы позволяют повысить надежность хранения информации в оптических устройствах обработки и хранения информации.
Построенные разностные схемы могут быть использованы для моделиро-
в алия широкого круга задач взаимодействия лазерного излучения с полупроводником. Апробация работы.
Основные результаты работы докладывались на 3-м Всероссийском семинаре "Динамика волновых явлений и солитоны" ( Красновидово, Моск. обл., май 1992 г.); YII Международной конференции "Оптика лазеров" (Санкт-Петербург, июнь 1993 г.); IX Международной конференции "Нерезонансное взаимодействие лазерного излучения с веществом" (Санкт-Петербург, июль
-
г.); XI Международной Вавиловской конференции (Новосибирск, июнь
-
г.). По материалам диссертации опубликовано 8 печатных работ. Структура и объем диссертации.
Диссертация состоит из введения, трех глав, заключения и списка литературы, включающего в себя 87 наименований.
Похожие диссертации на Математическое моделирование некоторых задач оптической бистабильности на основе полупроводников
