Dynamical and quantum aspects of spin-lasers

Abstract

Optical and electronic spin injection into Vertical-Cavity Surface-Emitting Lasers (VCSEL) changes significantly their lasing properties. Spin-dependent photon emission in semiconductor QW active media, together with local optical anisotropies in laser cavity, promise the rise of future low-energy ultrafast optical communication. This master thesis is motivated by a need for advanced modeling tools to design future spin-lasers with desired dynamical properties. Semi-classical model of spin-lasers with local anisotropies is formulated and demonstrated on realistic design with multiple InGaAs/GaAsP QWs. Furthermore, a simple quantum-optical model of spin-laser is derived.

Optická a elektronická injekce spinu do polovodičových laserů s vertikální geometrií (VCSEL) významně ovlivňuje jejich vlastnosti. Spinově-závislá emise fotonů v polovodičových kvantových jámách, spolu s lokálními optickými anizotropiemi v rezonátorech těchto zařízení, slibuje vznik ultra-rychlé nízko-energetické optické komunikace. Vytvoření potřebného formalismu, pomocí kterého by bylo možné navrhovat budoucí spinové lasery s žádoucími dynamickými vlastnostmi, je hlavní motivací této diplomové práce. Je formulován semiklasický model pro popis spinových laserů s lokálními anizotropiemi a následně aplikován na realistické struktuře s InGaAs/GaAsP kvantovými jámami. Navíc je odvozen jednoduchý kvantově-mechanický model spinového laseru.