光注入半导体激光器的非线性动态特性及其应用研究

摘要

半导体激光器在外部光注入扰动下会呈现丰富的非线性动态特性，诸如单周期振荡、倍周期振荡、混沌等现象。深入研究这些动态现象，有助于揭示半导体激光器非线性动态特性产生的物理机制，并进一步拓展其应用领域。
　　 本文从理论和实验两方面研究了光注入半导体激光器的非线性动态特性及其应用：①理论研究了各种参数对单周期振荡和混沌振荡的光谱特性以及输出频率的影响，探明了混合扰动法对混沌振荡控制的物理机制，研究结果对于半导体激光器的非线性动态特性在不同领域的应用具有一定的指导意义。②利用双波长注入光反馈Fabry-Perot激光器，产生了宽带多波长混沌激光，该混沌激光的应用将大大提高混沌保密光通信的传输速率和容量、混沌激光测距雷达的分辨率、高速随机数的速率，促进波分复用(WDM)技术在混沌激光保密通信系统的实用化。③基于光注入Fabry-Perot半导体激光器，分别提出了全光时钟分频方法和全光波长转换方法，并构建了全光脉冲除法器。全光时钟分频可用于提取光时分复用(OTDM)系统的支路时钟，全光波长转换可实现OTDM混合WDM系统的波长转换与波长路由，全光脉冲除法器则可用于全光采样系统以及全光模数转换器。④基于光注入混沌半导体激光器产生了中心频率可调谐、带宽可控的超宽带(UWB)微波信号，该方法有望开拓一种新型的chaotic UWB-over-fiber技术，推动光载超宽带无线技术的发展。
　　 本论文工作的主要创新点：
　　 1.提出了利用双波长注入光反馈Fabry-Perot半导体激光器产生宽带多波长混沌激光的方法，实验获得了带宽超过30 GHz的宽带混沌激光输出。
　　 2.基于光注入半导体激光器的单周期振荡特性和微波锁频效应，提出了一种用于光时分复用网络支路时钟提取的方法，并构建了一种新型的全光分频器。
　　 3.基于光注入半导体激光器的单周期振荡特性和交叉增益调制效应，提出了一种面向波分复用混合光时分复用系统的全光波长转换技术。
　　 4.融合宽带混沌激光产生与控制技术、微波光子学技术，提出一种利用光注入混合光反馈扰动半导体激光器产生可调谐超宽带(UWB)微波信号的方法，构建了一种新型的光子学UWB微波信号发生器。