光电负反馈下光注入1550 nm VCSELs的非线性动力学特性研究

摘要

随着光电子时代的到来，半导体激光器已成为世界上发展最快，应用最广的激光光源之一，各类性能优良的半导体激光器在光存储、光互连、光通信和光电显示等领域倍受人们的青睐。垂直腔面发射激光器(VCSELs)作为新型量子阱半导体激光器的典型代表，其相对于其它半导体激光器，具有体积小、阈值电流低、可实现动态单纵模工作、远场发散角较小、动态调制频率高、易与光纤耦合等优点，因此越来越受到人们的广泛关注。已有的研究表明，VCSELs在自由运行或适当的外部扰动下可呈现出单周期(P1)、二倍周期(P2)、准周期(QP)、混沌(CO)等一系列非线性动力学行为，这些动力学行为在光信息处理、光混沌保密通信、高频微波产生技术、高速真随机数获取技术等领域的潜在应用价值受到人们的普遍关注。早期的相关研究主要集中在短波长(<1μm) VCSELs的材料体系、结构、器件性能，以及其在自由运行或在光注入、光反馈、光电反馈等外部扰动下的非线性动力学特性。近年来，随着长波长(>1μm) VCSELs制作工艺的日臻完善，其工作性能得到显著提高，且在通信、信息处理、光生微波等领域展现出了极大的应用价值。因此，对长波长VCSELs的研究具有十分重要的意义。
　　考虑到长波长VCSELs的诸多实用价值，本文基于VCSELs的自旋反转模型，研究了光电负反馈下1550nm正交偏振光注入VCSELs的非线性动力学特性。研究结果表明：对于自由运行工作在Y线偏振模式的1550nm VCSELs，在适当的注入强度和失谐频率条件下，该激光器可呈现出稳态(S)、稳定注入锁定(SIL)、P1、P2、多周期(MP)、CO等多种非线性动力学状态以及偏振转换现象(PS)；引入光电负反馈后，1550nm正交偏振光注入VCSELs将呈现出双频准周期(Q2)、三频准周期(Q3)等动力学状态。在注入强度和失谐频率构成的参数空间，对于确定的反馈延时时间，反馈强度大小对该激光器的动力学状态分布有明显影响；对于确定的光电反馈强度，在注入强度相对较小的区域，反馈延时时间对该激光器动力学状态分布也有明显影响，而对于注入强度相对较大的区域，该激光器始终工作在P1或SIL态，即反馈延时时间对激光器动态行为的影响较弱。

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第1章 绪论

1.1引言

1.2 VCSELs的发展历史

1.3 VCSELs的结构

1.4 VCSELs的各波段研究现状及应用

1.5本文研究的内容及意义

第2章 VCSELs的基本理论

2.1 引言

2.2 VCSELs的基本理论模型

2.3 扩展的VCSELs的速率方程

2.4 本章小结

第3章 单一外部扰动下VCSELs的非线性动力学特性

3.1 引言

3.2 正交偏振光注入下VCSELs的非线性动力学特性

3.3 光电负反馈下VCSELs的非线性动力学特性

3.4 本章小结

第4章 光电负反馈和正交偏振光注入共同作用下1550 nm VCSELs的非线性动力学特性

4.1引言

4.2 理论模型

4.3 光电反馈光注入1550 nm VCSELs的非线性动力学特性

4.4 本章小结

第5章 结束语

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间已发表的论文