| Autor(en): |
Oleg Ushakov |
Titel: |
Self-organization in semiconductor lasers with ultra-short optical feedback |
| Gutachter: |
Fritz Henneberger; Lutz Schimansky-Geier; Wolfgang Elsäßer |
| Erscheinungsdatum: |
18.05.2007 |
| Volltext: |
pdf
(urn:nbn:de:kobv:11-10078482)
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| Fachgebiet(e): |
Physik |
| Schlagwörter (ger): |
Erregbarkeit, Nichtlineare dynamik, Koherenz resonance, Chaos |
| Schlagwörter (eng): |
Excitability, Nonlinear dynamics, Coherence resonance, Chaos |
| Einrichtung: |
Humboldt-Universität zu Berlin, Mathematisch-Naturwissenschaftliche Fakultät I |
| Zitationshinweis: |
Ushakov, Oleg:
Self-organization in semiconductor lasers with ultra-short optical feedback;
Dissertation,
Humboldt-Universität zu Berlin, Mathematisch-Naturwissenschaftliche Fakultät I , publiziert am 18.05.2007, urn:nbn:de:kobv:11-10078482
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| Abstract (ger): |
| In dieser Arbeit wird die Selbstorganisation in Halbleiterlasern
mit ultrakurzer optischer Rueckkopplung untersucht. Es wurden
eine Vielzahl neuer nichtlinearer dynamischer Szenarien
experimentell praepariert und untersucht, wobei die Steuerung der
relevanten Rueckkopplungsparameter ueber Injektionsstroeme
erfolgt.
Zwei verschiedene Typen von selbsterhaltenden
Intensitaetspulsationen wurden abhaengig von der Phase und der
Staerke der Rueckkopplung gefunden. Ein Pulsationstyp entsteht
in einer Hopf-Bifurkation aus gedaempften
Relaxationsoszillationen. Beim zweiten
Pulsationstyp handelt es sich um Schwebungs-Oszillationen zweier
verschiedener konkurrierender Moden der Gesamtkavitaet. Diese
Ergebnisse repraesentieren experimentelle Beweise fuer
theoretische Vorhersagen.
Die Koexistenz von Schwebungsoszillationen und
Relaxationsoszillationen fuehrt zum uebergang von regulaeren
Pulsationen in chaotische Emission ueber eine quasiperiodische
Route zum Chaos. Ein ploetzlicher Untergang des Chaos deutet auf
ein Boundary-Crisis-Szenario hin. Die Existenz chaotischer
Saettel, die transienten chaotischen Dynamiken nach einer
Boundary Crisis zugrunde liegen und die
Erregung von chaotischen Transienten ist eng verwandt mit
konventioneller Erregbarkeit, wird experimentell
verifiziert.
Es wird der Einfluss externen Gaussschen Rauschens nahe von sub-
und superkritischen Hopf-Bifurkationen untersucht.
Rausch-induzierte Schwingungen tauchen als verrauschte Vorlaeufer
in Form von lorentzfoermigen Spitzen im Powerspektrum auf. Der
Kohaerenzfaktor, definiert durch das Produkt aus Hoehe der
Spitze und Qualitaetsfaktor, zeigt fuer beide Typen von
Hopf-Bifurkationen ein nichtmonotones Verhalten.
Damit wird Kohaerenzresonanz experimentell demonstriert. Die
Messungen zeigen neben diesen uebereinstimmungen auch qualitative
Unterschiede zwischen den beiden Faellen. Die experimentellen Ergebnisse
werden mittels eines allgemeinen Modells fuer rauschgetriebene
Bewegungen in der Naehe von Bifurkationen untersucht.
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| Abstract (eng): |
| In this work, self-organization in semiconductor lasers with
ultra-short optical feedback is investigated. Exploiting dc
currents to tune the relevant feedback parameters, we have
experimentally prepared and studied a number of novel nonlinear
dynamical scenarios.
Two different types of self-sustaining intensity-pulsations are
detected depending on strength and phase of the feedback. One type
of pulsations is emerging in a Hopf-bifurcation from relaxation
oscillations. The second type of pulsations is a beating of
distinct compound-cavity modes. It is also born in a Hopf
bifurcation. These findings represent experimental evidence for
theoretical predictions.
Coexistence of mode beating and relaxation oscillations gives rise
to the break-up of regular pulsations into chaotic emission via a
quasi-periodic route to chaos. The sudden destruction of chaos is
indicative of a boundary crisis scenario. The existence of
chaotic saddles underlying transient chaotic dynamics which
appears behind boundary crisis is experimentally verified. It is
experimentally demonstrated that an excitation of chaotic
transients is closely related to a conventional excitability.
The influence of external Gaussian noise close to the onset of
sub- and super-critical Hopf bifurcations is studied.
Noise-induced oscillations appear as a noisy precursor with
Lorentzian shape peak in the power spectrum. The coherence factor
defined by the product of height and quality factor exhibits
non-monotonic behavior with a distinct maximum at a certain noise
intensity for both types of Hopf bifurcations, demonstrating
coherence resonance. Besides these similarities, the measurements
reveal also qualitative differences between the two cases. Whereas
the width of the noise induced peak increases monotonically with
noise intensity for the supercritical bifurcation, it traverses a
pronounced minimum in the subcritical case. The experimental
findings are examined in terms of general model for the noise
driven motion close to bifurcations.
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