波動カオスとレーザー媒質による2重非線形性が導く普遍則の探求

激光介质引起的波混沌和双非线性的普遍规律探索

• 批准号: 21K03410
• 负责人: 原山 卓久
• 金额: $ 2.5万
• 依托单位: Waseda University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• 财政年份: 2021
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2021-04-01 至 2025-03-31
• 项目状态: 未结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21K03410/
• 关键词: 波動カオス; 非線形ダイナミクス; ２次元マイクロキャビティレーザー; 共鳴波動関数; カオス系の普遍測

2次元マイクロキャビティレーザーは、幾何光学としての性質により、光線軌道が規則的で予測可能なものとなるもの、不規則で全く予測不可能な完全カオスとなるもの、規則的な光線軌道と不規則な光線軌道が混在する混合相空間となるもの（近可積分、弱いカオス）に分類される。昨年度、カージオイド形状、Bunimovichのスタジアム形状、およびD形状という異なる形状を用いて、完全カオス2次元マイクロキャビティレーザー（カオティックビリヤードレーザー）では、共振器サイズが発振波長よりも十分に大きく、利得媒質への注入エネルギーが十分に大きくなると、１つの共鳴波動関数だけがレーザー発振するシングルモード発振が普遍的に生じる現象であることを明らかにした。今年度は、この普遍的シングルモード発振が光線軌道の完全カオスの波動光学的性質としての顕在化であり、共鳴波動関数の量子エルゴード性に起因していることを解明し、この普遍現象の生じるメカニズムの詳細を明らかにした。共振器サイズが大きくなると、複素固有値である共鳴の実部の平均間隔は縦緩和係数よりも狭くなる。このとき、各共鳴波動関数は他の共鳴波動関数と強く相互作用することが可能となることを理論と数値計算により解明した。そして、カオティックビリヤードレーザーでは規則的な光線軌道群は全く存在せず、量子エルゴード性によりすべての共鳴波動関数はキャビティ全体に広がるため、すべての共鳴波動関数が強く相互作用する。その結果、１つの共鳴波動関数だけが注入エネルギーを獲得しレーザー発振することになり、他のすべての共鳴のレーザー発振を完全に抑制することを理論と数値計算により示した。また、半導体により作製されたカオティックビリヤードレーザーの実験では、シングルモード発振だけでなく、2モード発振が観測されることがあるが、その原因が温度の揺らぎであることを理論と数値計算により解明した。

2 dimensional マ イ ク ロ キ ャ ビ テ ィ レ ー ザ ー は, geometrical optics と し て の nature に よ り で, light rail が rules to measure may な も の と な る も の, irregular で く be impossible な completely カ オ ス と な る も の, rules of irregular な light rail と な light rail が mixed す る mixed phase space と な る も の (nearly can be integral, weak い カ オ ス Youdaoplaceholder0 category される. Last year, カ ー ジ オ イ ド shape, Bunimovich の ス タ ジ ア ム shape, お よ び D shape と い う different な る shape を with い て, completely カ オ ス 2 dimensional マ イ ク ロ キ ャ ビ テ ィ レ ー ザ ー (カ オ テ ィ ッ ク ビ リ ヤ ー ド レ ー ザ ー) で は, resonator サ イ ズ が 発 resonance wavelength よ り も very big に き く, gain medium へ の note Into エ ネ ル ギ ー が very big に き く な る と, 1 つ の resonance wave number of masato だ け が レ ー ザ ー 発 vibration す る シ ン グ ル モ ー ド 発 born vibration が common に じ る phenomenon で あ る こ と を Ming ら か に し た. Our は, こ の common シ ン グ ル モ ー ド 発 vibration が light rail の completely カ オ ス の properties of wave optics と し て の 顕 in turn で あ り, number of resonance wave masato の quantum エ ル ゴ ー ド cause sexual に し て い る こ と を interpret し, こ の common phenomenon born の じ る メ カ ニ ズ ム の detailed を Ming ら か に し た. Resonator サ ズが ズが large くなると くなると, complex element inherent value である resonant <s:1> real part <s:1> average interval 縦 縦 mitigation coefficient よ <s:1> narrow くなる. こ の と き, the resonance wave count は he の resonance wave masato masato と strong く interaction す る こ と が may と な る こ と と を theory the numerical computing に よ り interpret し た. そ し て, カ オ テ ィ ッ ク ビ リ ヤ ー ド レ ー ザ ー で は rules な light rail group は く all exist せ ず, quantum エ ル ゴ ー ド sex に よ り す べ て の resonance wave number of masato は キ ャ ビ テ ィ all に hiroo が る た め, す べ て の strong resonance wave number of masato が く interaction す る. そ の results, 1 つ の resonance wave number of masato だ け が injection エ ネ ル ギ ー を get し レ ー ザ ー 発 vibration す る こ と に な り, he の す べ て の resonance の レ ー ザ ー 発 vibration を に completely inhibit す る こ と と を theory the numerical calculation に よ り shown し た. ま た, semiconductor に よ り cropping さ れ た カ オ テ ィ ッ ク ビ リ ヤ ー ド レ ー ザ ー の be 験 で は, シ ン グ ル モ ー ド 発 vibration だ け で な く, 2 モ ー ド 発 vibration が 観 measuring さ れ る こ と が あ る が, そ の reason が temperature の 揺 ら ぎ で あ る こ と と を theory the numerical computing に よ り interpret し た.

项目成果

Nonlinear Dynamical Simulation of the Universal Single-Mode Lasing in Fully-Chaotic Microcavity Lasers

全混沌微腔激光器中通用单模激光的非线性动力学仿真

• 发表时间: 2022
• 作者: Mengyu You;Susumu Shinohara;Satoshi Sunada;Takahisa Harayama
• 通讯作者: Takahisa Harayama

Two-dimensional microcavity lasers

• DOI: 10.1002/lpor.200900057
• 发表时间: 2011-03-01
• 期刊: LASER & PHOTONICS REVIEWS
• 影响因子: 11
• 作者: Harayama, Takahisa;Shinohara, Susumu
• 通讯作者: Shinohara, Susumu