Vol.2, No 10, 2000 pp. 1263-1271
UDC 621.315.59:519.863(045)
GLOBAL OPTIMIZATION
OF OPTICAL NONLINEARITIES
IN SEMICONDUCTOR
QUANTUM-WELL STRUCTURES
Jelena Radovanović1,
Vitomir Milanović2
Zoran Ikonić2,
Dragan Inđin2
1
Institute of Physics, Pregrevica 118, Zemun
2
Faculty of Electrical Engineering, Bulevar Revolucije 73, Belgrade
Abstract. A procedure is proposed
for finding the globally optimal semiconductor quantum-well profile in
respect to specified nonlinear optical properties, e. g. second and third
order susceptibilities. It relies on the variational calculus, i. e. the
optimal control theory, combined with the method of simulated annealing
in the initial phase of optimization. The largest nonlinear optical effects
are obtained under resonance conditions but they still depend on transitions
matrix elements between relevant quantized states, i. e. via the wave functions,
on the potential shape which may be varied. The proposed method does not
depend on the choice of input potential and includes the variation of a
continuous function instead of a set of scalar parameters, so it should
lead to the globally optimal quantum-well profile for a particular
application, unconstrained to any particular class of functional forms.
For purpose of illustration, the procedure is applied to the optimized
design of AlxGa1-xAs
based quantum wells, with ?w
= 116 meV (CO2
laser radiation), the objectives being the largest nonlinear susceptibilities
achievable with chosen material.
GLOBALNA
OPTIMIZACIJA OPTIČKIH NELINEARNOSTI
U POLUPROVODNIČKIM
KVANTNIM JAMAMA
Predložena je procedura za određivanje globalno
optimalnih profila kvantnih jama u odnosu na specificirana nelinearna optička
svojstva, npr. susceptibilnosti drugog i trećeg reda. Zasniva se na varijacionom
računu, tj. teoriji optimalne kontrole, kombinovanim sa metodom simuliranog
odgrevanja u inicijalnoj fazi optimizacije. Najveći nelinearni optički
efekti se postižu u uslovima rezonancije ali i tada zavise od matričnih
elemenata prelaza između relevantnih kvantnih stanja, tj. preko talasnih
funkcija zavise i od oblika potencijala koji se može varirati. Predložena
metoda ne zavisi od izbora početnog potencijala i uključuje varijaciju
kontinualne funkcije umesto skupa skalarnih parametara, tako da bi trebalo
da vodi ka globalno optimalnom profilu kvantne jame za konkretnu primenu,
neograničenom na bilo koju specifičnu klasu funkcionalnih formi. U svrhu
ilustracije, procedura je primenjena na optimizovani dizajn kvantnih jama
baziranih na AlxGa1-xAs
leguri, za ?w
= 116 meV (zračenje CO2
lasera), sa ciljem određivanja najvećih nelinearnih sus-cepti--bilnosti
ostvarljivih sa datim materijalom.
