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线性偏振极化激元流体中的外控洛特卡-沃尔泰拉动力学

DOI：10.1103/PhysRevE.101.012207 期刊：Physical Review E 出版年份：2020 更新时间：2025-09-23 15:19:57
摘要： 横向图案的自发形成在各类非线性动力系统中普遍存在。其中特别值得关注的是这类图案的主动控制技术。在非线性光学系统中，这种技术可实现具有晶体管特性的全光开关，例如通过平面量子阱半导体微腔中的极化激元实现。本文重点研究一种利用光学驱动极化激元系统复杂偏振依赖特性的特定构型。除对耦合光场-激子动力学进行详细数值模拟外，我们着重推导了一个简化的种群竞争模型，从非线性动力系统角度深入揭示其内在机制。该模型表现为包含显式外部控制源项的双种群广义洛特卡-沃尔泰拉系统。我们全面分析了空间各向异性与外部控制强度参数空间中稳态的存在性与稳定性，并在非平庸区域构建相边界及表征涌现分岔。该种群竞争模型不仅完整重现了复杂半导体系统全数值模拟中观察到的开关关键特征，同时保持了足够的简洁性以实现完全解析理解。
作者： Matthias Pukrop，Stefan Schumacher
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研究概述 实验方案

研究目的

研究非线性光学系统中横向图案的主动控制，特别关注利用平面量子阱半导体微腔中极化子的类晶体管性能实现全光开关。

研究成果

该研究详细分析了一种基于相互作用极化激元系统中横向图案的全光开关概念。推导出的简化种群竞争模型展现了全数值模拟中观察到的系统动力学所有关键特征。该模型能够系统识别参数空间中的相边界及支配非线性系统全局动力学的奇点。所获认知具有高度普适性，适用于其他研究种群竞争外部控制的领域。

研究不足

该研究仅限于平面量子阱半导体微腔系统的特定构型，重点在于简化模型的推导与分析。研究结论对其他系统或构型的适用性可能需要进一步探究。

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