Caos em laser de diodo modulado

Abstract

Os lasers de semicondutor são conhecidos desde a década de 60. Sua dinâmica não-linear e comportamento caótico tem sido estudado adicionando mais um grau de liberdade às duas equações de taxa que descrevem a dinâmica desses tipos de lasers. Essa adição do grau de liberdade extra pode ser feita, por exemplo, através de uma injeção de luz externa no laser, uma realimentação ótica, modulação na perda ou através de uma modulação na corrente de bombeio. Nessa dissertação é feita primeiramente uma revisão sobre semicondutores abordando pontos como, por exemplo, o funcionamento de uma junção p-n. Em seguida descrevemos a caracterização do efeito laser nos semicondutores através das equações de Maxwell levando em conta a interação do campo eletromagnético com o meio material dentro da cavidade ressonante, o que resulta nas equações de taxa que descrevem toda a dinâmica do laser de semicondutor. Por fim, é feito um estudo, com simulações numéricas usando a linguagem de programação C++ e método de integração Runge-Kutta de 4ª ordem, das instabilidades na intensidade do laser operando no regime mono-modo com corrente de injeção modulada por uma frequência da ordem da frequência das oscilações de relaxação. Variando a amplitude ou a frequência da modulação é possível obter uma rota para o caos através de uma série de dobramentos de períodos que podem ser vistos nos diagramas de bifurcações calculados numericamente. Também é destacada a importância da saturação do ganho e da emissão espontânea no aparecimento ou não do comportamento caótico.