光电反馈垂直腔表面发射激光器双稳特性的研究

摘要

垂直腔表面发射激光器(vertical cavity surface emitting lasers, VCSELs)因有源区小，阈值电流低，易集成二维激光阵列，造价低廉以及容易与光纤耦合等优点而受到广泛的关注。特别地，VCSELs有源区的圆形对称结构和各向异性的增益材料导致它的基横模具有较差的偏振稳定性，当偏置电流、温度等参量改变时，两相互正交的偏振分量(X-PC和Y-PC)可能发生相互转换，即出现偏振开关(PS)。此外，研究表明VCSELs在光反馈、光注入等外部扰动下也会发生PS现象，且当电流、反馈强度等系统参量沿不同路径变化时，系统在相同的参量下两正交偏振分量输出的能量可能不同，即出现偏振双稳(PB)现象。VCSELs这种PB现象在光学逻辑开关、光互连、光存储等领域具有巨大的潜在应用价值。
　　目前，关于外部扰动下 VCSELs的偏振双稳特性研究主要集中在光反馈和光注入的情况，而光电反馈情况的研究相对较少。因此，本文实验研究了光电正反馈和光电负反馈两种情况下1550 nm-VCSEL的偏振双稳特性，讨论了反馈强度对PS的开关点电流大小和 PB宽度的影响。研究结果表明：自由运行1550 nm-VCSEL在逐渐增加或逐渐减少注入偏置电流的过程中会发生I类PS或II类PS，且这两种类型PS的开关点出现在不同的电流值处，即自由运行1550 nm-VCSEL可呈现出偏振双稳(PB)特性；引入光电正反馈后，两类PS的开关点电流将随反馈强度的变化而有所改变，当反馈强度相对较小时，I类PS和II类PS的开关点电流几乎与自由运行的情况保持一致，随着反馈强度的增加，两类PS开关点电流将发生改变，且双稳环宽度呈现出逐渐减小的趋势；引入光电负反馈后，随着反馈强度的加大，I类PS和II类PS的开关点电流总体向更小电流方向移动，但变化趋势相对复杂，其双稳环宽度总体上呈现下降的趋势，且下降过程中伴随着较大波动。

目录

声明

第1章 绪论

1.1 半导体激光器

1.1.1 激光的诞生

1.1.2 半导体激光器简介

1.2 垂直腔表面发射激光器

1.2.1 VCSELs的发展进程

1.2.2 垂直腔表面发射激光器(VCSELs)的结构和特性

1.2.3 垂直腔表面发射激光器(VCSELs)的研究现状

1.3 本文的研究意义和主要内容

第2章 垂直腔表面发射激光器(VCSELs)的自旋反转模型

2.1 自旋反转模型(SFM)

2.2 SFM模型的噪声项

2.3 外部扰动下VCSELs的SFM模型

2.3.1 光反馈扰动下VCSELs的速率方程

2.3.2 光注入扰动下VCSELs的速率方程

2.3.3 光电反馈扰动下VCSELs的速率方程

2.4 本章小结

第3章 光电反馈1550 nm垂直腔表面发射激光器偏振双稳特性

3.1 引言

3.2 实验装置

3.3 实验结果与讨论

3.3.1 光电正反馈

3.3.2 光电负反馈

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