外部扰动下1550nm-VCSELs的非线性动力学及偏振转换特性研究

【摘要】垂直腔面发射激光器(VCSELs)作为一种新型的半导体激光器,因其具有发散角小,阈值电流低,单纵模工作,易与光纤耦合,低成本以及易集成等突出优势,越来越受到人们的广泛关注。由于VCSELs中增益介质或激光腔存在弱的各向异性,因此一般情况下,VCSELs的输出包含两个相互正交的线偏振模式,进而导致VCSELs输出的线偏振模式不稳定。对于具有某一确定偏振模式的VCSELs,通过改变某些特征参量实现偏振模式的跳变,进而出现偏振转换(PS)现象。另外,研究表明VCSELs在光注入、光反馈和光电反馈等外部扰动下,其输出会有丰富的非线性动力学态,由于这些动力学态在混沌保密通信、光生毫米波以及混沌雷达等方面有潜在的应用价值,因此关于外部扰动下VCSELs的非线性动力学特性研究已有大量的报道。然而近年来的研究主要集中于短波长(<1μm)VCSELs,而对于最新发展的1550nm-VCSELs的研究相对较少,特别是在多个外部扰动下的1550nm-VCSELs的相关特性的研究更是匮乏。本文基于自旋反转模型(SFM),理论研究了1550nm-VCSELs在正交光注入和偏振保持光反馈共同作用下的非线性动力学以及偏振开关特性。研究结果表明：正交光注入和偏振保持光反馈共同作用下的1550nm-VCSEL的两个线偏振模同时被激发,并且偏振转换(PS)现象也会出现。另外,副激光器(S-VCSEL)输出的两个线偏振模(X模和Y模)也会呈现周期、倍周期、多周期和混沌等丰富的动力学态行为,并且两个线偏振模具有不同的动力学演化路径。此外,主激光器(M-VCSEL)与副激光器(S-VCSEL)之间的频率失谐△f(=fm-fs,fm、fs分别为主、副VCSEL自由运行时的振荡频率)对PS出现的位置有明显的影响,随着正频率失谐量的增大,偏振转换点将移向更大的注入强度,而一个合适的负频率失谐可以使偏振转换点所对应的注入强度达到最低。因此,在实际操作中,通过调整激光器的外部扰动参量可以对1550nm-VCSELs动力学态行为及偏振开关的位置进行调控。
【作者】魏彬；
【导师】吴正茂；
【作者基本信息】西南大学，光学，2014，硕士
【关键词】1550nm垂直腔面发射激光器(1550nm-VCSELs)；非线性动力学；偏振转换；正交光注入(OOI)；偏振保持光反馈(PPOF)；

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