Sincronismos e dinâmica caótica em lasers de semicondutor

Abstract

Dispositivos lasers construídos com materiais semicondutores sao sus-cetíveis a apresentar o fenômeno de caos devido a sua inerente não lineari-dade. Em particular, caos tambem ocorre quando lasers de semicondutor são submetidos a re-injecao da sua própria radiacão. A potencia emitida por tais lasers exibe regimes estaveis, pulsacães caoticas em varias faixas de frequencia. Neste trabalho, fizemos uso de tais propriedades, para estudar experimental e teoricamente o comportamento dinôamico desses dispositivos, quando colo¬cados em diferentes configurações. Um primeiro conjunto de experimentos consistiu em acoplar eletricamente dois lasers de diodo, cada um com a sua propria realimentacao optica, a fim de investigar as propriedades de correlacão e sincronismo no estado caotico. Analises detalhadas das variacoes da potencia de emissaão e das quedas de tensãao nos lasers conectados em paralelo revela¬ram a presenca simultanea de oscilacoes anti-fase na escala de tempo rapido e flutuacoes de potencia sincronizadas em fase para escalas de tempo mais lentas. A coexistencia de correlacoes negativas e positivas nas variaveis de di¬ferentes elementos de um sistema complexo foi detalhadamente caracterizada para pares de lasers. Tais propriedades sao relevantes para a compreensao e caracterizacçãao das propriedades coletivas de redes complexas, aplicaçcoães em comunicacçãoes e o estudo das propriedades fundamentais de sistemas comple¬xos em dinamica nao linear. Numa segunda serie de experimentos, usamos um único laser de semicondutor e introduzimos uma dupla cavidade externa para realimentacao otica. Mostramos experimental e teoricamente que tal sistema —ja estudado previamente— apresenta dinamica profundamente diferente do caso de uma unica realimentacão. A inspeção do tempo medio entre pul¬sos evidenciou que a mudanca na dinamica acontece em torno de proporções racionais da relacão entre os tempos de retorno da luz de realimentaçao. Ve-rificamos que a modificaçcãao consiste na comutaçcãao entre estados caoíticos de pulsos temporalmente separados com uma distribuicçãao gaussiana para trens de pulsos com estatística de calda longa. Intercalados dentro do intervalo onde ocorre dinôamica com trens de pulsos, observamos estados dinôamicos com pulsos periodicos e estados onde a potencia do laser fica constante. Modelos teoricos de equacao de taxa foram implementados numericamente produzindo bons resultados na comparaçcãao com os experimentos.