VCSEL混沌同步及调制特性的理论研究

摘要

激光混沌同步及其应用是近期的研究热点，受到人们的广泛关注。目前的研究主要是基于半导体边发射激光器、CO2激光器等成熟器件，实现了主-从式、互耦合式、级联式等同步系统。垂直腔面发射激光器(VCSEL)作为一种新型的微腔激光器，具有圆形出光、发散角小便于与光纤耦合、易于二维阵列集成、易实现单纵模等优点，将它应用于混沌同步将大大改善现有系统的性能。 本文通过理论分析与数值研究相结合的方式，对VCSEL单、双向混沌同步及调制特性进行了研究。首先，基于驱动-响应同步方法及速率方程，建立了单向主从式VCSEL混沌同步系统的理论模型，研究了VCSEL典型参量和激光器噪声对同步与调制特性的影响。研究结果表明：我们建立的理论模型是有效的，能很好地与实验结果相符；发现有效信号的调制深度存在上限值，低于该值才能保证信号的有效隐藏；通过减小VCSEL电流孔径、适当增大自发辐射因子可以实现比边发射器件高几倍的传输速率；DBR反射率等参量失配和激光器内部噪声会产生较大的同步误差，前者可以通过限制参量失配度来控制，后者可以通过减小电流孔径和提高注入系数来降低其影响。 其次，考虑到互注入耦合特有的非线性效应，建立了互注入式VCSEL的理论模型，推导了该系统注入锁定范围的解析表达式，研究了互注入的同步类型以及注入延时对系统非线性行为的影响。结果表明：在激光器参数相同的理想情况下，系统能实现完全同步，此时注入延时会影响系统的运行状态；在实际应用中，参数偏差或噪声不可避免，此时系统能实现延时同步，注入延时对同步质量的影响呈阶梯状。

目录

文摘

英文文摘

第1章 绪论

第2章 理论基础

第3章 VCSEL单向注入同步及调制特性

第4章 VCSEL互注入特性研究

结论

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文