可变偏振光注入下1550 nm垂直腔面发射激光器的偏振开关及双稳特性研究

摘要

作为新一代半导体激光器，1550 nm垂直腔面发射激光器（1550 nm-VCSELs）不仅在超高速、长距离光纤通信中有着巨大的应用前景，而且正逐渐成为光存储系统、光逻辑系统以及并行光计算系统的核心器件。由于1550 nm-VCSELs的有源区为圆形对称结构、而材料本身又具有弱各向异性，导致其输出为两个正交偏振模式之一。在偏置电流或温度等条件发生变化时，两个偏振模式之间易发生偏振开关(Polarization switching, PS)。此外，1550 nm-VCSELs在光注入、光反馈、光电反馈等外部扰动作用下，也可呈现PS。特别地，外部参量沿不同路径变化时，1550 nm-VCSELs发生 PS的所对应的参量条件可能会发生改变，继而导致偏振双稳(Polarization bistability, PB)现象的出现。近些年来，对光注入1550 nm-VCSELs呈现的PS和PB特性已有大量报道，但主要集中在正交光注入的情形，而对可变偏振光注入下1550 nm-VCSELs呈现的PS和PB的研究还比较缺乏。
　　在本文中，基于自旋反转模型(SFM)，对可变偏振光注入下1550 nm垂直腔面发射激光器(VPOI1550 nm-VCSEL)的PS及PB特性进行了理论研究。研究结果表明：当注入光偏振角θp(定义为注入光的偏振方向与自由运行1550 nm-VCSEL中主导偏振模式的夹角)大于一定值时，连续扫描注入光功率可使 VPOI1550 nm-VCSEL呈现PS，不同的扫描路径会导致开关点发生变化，即呈现PB；当频率失谐?ν（定义为注入光与X偏振模式之间的频率差异）一定时，随着θp的增加， I类、II类PS对应的注入功率和PB区域宽度都呈现减小的趋势；当θp一定时， PB区域宽度会随着?ν的增加表现出增大的趋势。进一步分析连续正向及反向扫描θp对系统产生PS和PB的影响，发现系统可在合适的参数条件下出现I类、II类PS及PB；当∣?ν∣较小时，发生I类和II类PS的θp条件近似相同，由此产生的PB区域宽度非常窄；当∣?ν∣较大时，满足I类PS出现所需的θp在正负频率失谐区域均随?ν的增加呈现上升的趋势，而II类PS出现所需的θp则呈现较大的波动，并导致此条件下的 PB区域宽度也表现出类似的波动趋势，通过合理调节注入光强度，还可进一步优化调控PB区域宽度。

目录

声明

第1章 绪论

1.1垂直腔面发射激光器的发展

1.2垂直腔面发射激光器的基本结构与应用

1.2.1垂直腔面发射激光器的结构与特点

1.2.2垂直腔面发射激光器的应用

1.3长波长VCSELs的研究进程

1.4本文的研究内容及意义

第2章 垂直腔面发射激光器的基本理论

2.1垂直腔面发射激光器的理论模型

2.1.1 Lang-kobayashi模型

2.1.2自旋反转模型

2.2光注入VCSELs的速率方程

2.3 VCSELs的偏振特性

2.4光学双稳态及VCSELs中的偏振双稳

2.5光注入下VCSELs的偏振开关及双稳研究现状

2.6本章小结

第3章 可变偏振光注入下1550 nm-VCSEL的偏振开关及双稳特性研究

3.1 引言

3.2 理论模型

3.3结果与讨论

3.3.1给定Δν，θp取不同值时，扫描注入光功率产生的PS及PB特性

3.3.2给定注入光功率，Δν取不同值时，扫描θp产生的PS及PB特性

3.4本章小结

第4章 结束语

参考文献

致谢

攻读硕士期间发表的论文