外部扰动下VCSELs的偏振开关及双稳定特性研究

摘要

垂直腔表面发射激光器(VCSELs)作为一种新型的半导体激光器，具有发散角小，阈值电流低，单纵模工作，易于实现二维阵列，动态调制频率高等优点，在光通信，光互联，光存储以及光开关等方面有着广泛的应用前景。由于VCSELs中增益介质或激光腔存在弱的各向异性，因此一般而言VCSELs的输出包含两个相互正交的线偏振模式，进而导致VCSELs不稳定的线性偏振模式。对于具有某一确定偏振模式的VCSELs，通过改变其某些参量实现偏振模式的跳变，从而使原来被抑制的模式变为主导模式而原主导模式将受到抑制，即偏振开关(PS)现象。偏振开关的位置可能会随着外部参量的变换路径的不同而发生改变，这一现象称为偏振双稳(PB)。通过调整VCSELs中外部扰动的特征参量可以改变VCSELs的偏振开关以及偏振双稳特性。
　　 本文基于垂直腔面发射激光器(VCSELs)的自旋反转模型(SFM)，研究了多种外部扰动作用下VCSELs的偏振开关以及双稳特性，着重讨论了弱光反馈下正交光注入VCSELs的偏振开关以及双稳特性。研究结果表明:当副激光器(S-VCSEL)受到主激光器(M-VCSEL)正交时变光注入时，弱光反馈的引入不改变正交时变光注入VCSEL的双稳宽度随光注入扫描速率增大而增大的性质，然而由于弱光反馈的引入使得正向扫描偏振开关(PS)附近输出为混沌态，从而导致正向扫描双稳区边缘出现了起伏。如果确定光注入扫描时间不变，随着反馈强度的增大，VCSEL的双稳宽度将变窄;当M-VCSEL与S-VCSEL之间存在频率失谐△v（=vm-vs，vm、vs分别为主、副激光器自由运行时的频率）时，随着△v从负值逐渐增加到正值，双稳宽度总体呈现先减小后增大的趋势，无反馈时在频率失谐处于-2 GHz～-12 GHz区域双稳环宽度呈现较大的波动，而反馈的引入可使这一区域的波动得到抑制。因此，通过控制时变光注入系数的扫描速率、光反馈的反馈系数以及主、副VCSEL之间的频率差异，可对S-VCSEL输出偏振双稳区的大小以及偏振开关出现的位置进行调控。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 垂直腔表面发射激光器(VCSELs)的发展历史概述

1．2 VCSELs的结构及其工作特性

1．3 VCSELs的研究现状及相关应用

1．4 本文研究的内容及意义

参考文献

第二章 VCSELs基本理论模型

2．1 扩展的Lang-Kobayashi(LK)速率方程

2．2 VCSELs的自旋反转模型(spin-flip model,SFM)

2．3 光反馈VCSELs速率方程

2．4 光注入VCSELs速率方程

2．5 本章总结

参考文献

第三章 正交光注入下垂直腔表面发射激光器(VCSELs)的偏振特性研究

3．1 引言

3．2 正交光注入下VCSELs的偏振开关效应

3．3 正交光注入下VCSELs的偏振双稳效应

3．4 本章小结

参考文献

第四章 弱光反馈下正交时变光注入VCSELs的双稳特性研究

4．1 引言

4．2 理论模型

4．3 结果与讨论

4．3．1 无频率失谐下光反馈对VCSELs双稳的影响

4．3．2 频率失谐与光反馈共同作用下VCSELs的双稳特性

4．4 本章小结

参考文献

第五章 结束语

致谢

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