光电负反馈下垂直腔表面发射激光器偏振开关特性研究

基于扩展的自旋反转模型, 对光电负反馈下垂直腔表面发射激光器的偏振开关特性进行了数值仿真和理论分析. 研究结果表明: 对于不同的自旋反转率, 反馈强度和延迟时间对激光器偏振开关特性产生较大影响.在慢自旋反转率下运行时, 随着反馈强度的增加, 开关点电流呈线性增加, 导致X偏振模被压缩, 这与报道的基于各向同性光反馈的情景相反, 产生这一现象的原因是由于光电负反馈提高了X偏振模的阈值; 延迟时间对开关点电流的影响随反馈强度的变化而不同.在快自旋反转率下运行时, 反馈强度对开关点电流的影响与慢自旋反转率时的情形不同, 开关点电流经历先增加后减小的过程, 开关点电流受反馈强度的影响更加敏感; 而延迟时间的影响规律和慢自旋反转率时相似. 此外, 还发现自发辐射噪声对激光器偏振开关特性有较大影响. 关键词： 垂直腔表面发射激光器 偏振开关 光电负反馈 自发辐射噪声     

1550nm-VCSELs在偏振保持光反馈和正交光注入下的偏振转换特性

基于自旋反转模型,研究了1550 nm垂直腔面发射激光器(1550 nm-VCSELs)在偏振保持光反馈和正交光注入下的偏振转换特性.结果表明:正交光注入下的从激光器会随着注入强度的增加产生偏振转换.在归一化注入电流较小时,改变反馈强度,会使从激光器发生偏振转换的注入强度出现规律不同的变化;改变频率失谐,会使从激光器发生偏振转换的注入强度出现规律相同的变化.     

短外腔偏振旋转光反馈下1550nm垂直腔面发射激光器的动力学特性研究

基于扩展的自旋反转模型,对短外腔偏振旋转光反馈下1550 nm垂直腔面发射激光器的动力学特性进行了数值仿真和理论分析.研究结果表明:增加反馈强度会导致多个偏振开关现象出现,中等反馈强度下呈现丰富的动力学状态,譬如单周期、倍周期、准周期及混沌态,增加注入电流使Y方向线偏振模的工作区域被压缩;随着反馈延迟时间的增加,在弱光反馈时,偏振模跳变现象将会以特定的频率发生,施加中等的反馈强度将会导致模式跳变的频率增加,并且出现各种新的动力学状态,包括拍频单周期、拍频脉冲包络、拍频准周期和拍频混沌态.新动力学行为的出现是由于短外腔区激光器的动力学特性对相位变化非常敏感,从而使外腔模式间的拍频效应发挥了关键作用.此外还发现各种动力学状态之间会伴随模式间的跳变而发生相互跳变.     

光电负反馈下单向耦合注入垂直腔表面发射激光器的混沌同步特性研究

基于自旋反转模型（SFM）,对光电负反馈下单向耦合注入垂直腔表面发射激光器（VCSEL）的混沌同步特性进行了数值仿真和理论分析.研究结果表明：随着反馈强度的增加,激光器输出功率呈现两个不同的混沌区域.在单一偏振模区域,能实现很好的同步性,但接近两模共存时,同步质量急剧下降;在两模共存区域,偏振模的连续性差,同步质量不理想.两模共存时的同步质量比单一偏振模差的这一特性,与已报道的基于光反馈的情景相反.产生这一特殊现象的原因是光电负反馈诱发了偏振模竞争效应.此外,还发现内部参数的变化对两个混沌区域的选取有较大 关键词： 线性偏振模 光电负反馈 垂直腔表面发射激光器（VCSEL） 混沌同步     

基于光反馈的单向耦合注入垂直腔表面发射激光器的矢量混沌同步特性研究

基于自旋反向模型(SFM)，数值研究了基于光反馈的单向耦合注入垂直腔表面发射激光器的矢量混沌同步特性，研究结果表明：当外部光反馈时间等于光从发射系统到接收系统传输时间时， x偏振模和y偏振模都能接收最好的完全混沌同步质量.若外部光反馈时间不等于传输时间且注入电流接近阈值电流时，占主导的y偏振模能暂时实现较好的完全混沌同步质量.相比较而言，占主导地位的x偏振模至始至终获得很差的同步质量，另外，当系统输出为混合偏振模时，混合偏振模中的每一个线性偏振模获得很差完全同步质量.然而，当注入电流远大于阈值电流时，系统输出仅为y偏振模，这时y偏振模能稳定地实现最好的完全混沌同步质量.最后，当接收激光器受到线性偏振模的强注入时，每一个注入线性偏振模能与接收激光器输出的对应的线性偏振模实现很好的注入锁定同步.然而，每一个占主导的线性偏振模比另一被抑制的线性偏振模获得更差注入锁定同步质量、如果有相等的能量的两个线性偏振模同时存在，这两个线性偏振模获得差不多一致的注入锁定混同步质量， 换句话说，能量较少的线性偏振能获得较高的注入锁定同步质量. 关键词： 线性偏振态 垂直腔表面发射激光器 完全矢量混沌同步 强注入锁定矢量混沌同步     

偏振保持光反馈下1550 nm垂直腔面发射激光器的非线性动力学特性研究

基于自旋反转模型,研究了1550 nm垂直腔面发射激光器(VCSELs)在偏振保持光反馈下的非线性动力学特性.结果表明:自由运行的1550 nm-VCSELs在电流增加的过程中,发生偏振转换所对应的电流值与内部参数的取值有关,随着有源介质线性色散效应系数γ_a的增大,偏振开关的转换点所对应的电流值将增加;偏振保持光反馈的引入将导致1550 nm-VCSELs中自由运行时的主导模(Y偏振模式)在不同电流下呈现不同动力学状态,引起另外一个模式(X模式)激射,两个模式的平均输出功率随电流的增加总体呈现增加的趋势,但伴随着起伏;反馈时间取不同值时,1550 nm-VCSELs的输出随着反馈强度的增大经历倍周期、准周期或阵发混沌等多种通向混沌的演化途径.     

各向异性光反馈注入的垂直表面发射激光器的矢量偏振模转换机理

数值研究了各向异性光反馈注入的垂直表面发射激光器(VCSEL)的矢量偏振模转换机理,研究结果表明,首先,当注入电流接近阈值电流时,由VCSEL的外部参数和偏振器控制的光反馈注入量中各偏振模的能量决定VCSEL 输出的偏振态.其次,由偏振器控制的各向异性光反馈注入引起的VCSEL输出偏振态呈周期性变化.另外,当由偏振器控制的反馈注入量中的x^偏振和y^偏振模能量相当时, x^偏振模和y^偏振模之间竞争激烈,而激光器外部微小的扰动都会打破这两种偏振模竞争 关键词： 各向异性光反馈 垂直表面发射激光器 矢量偏振模     

光电反馈下光注入VCSELs的动力学特性

基于垂直腔面发射激光器的自旋反转模型,研究了光电负反馈下1 550nm正交偏振光注入垂直腔面发射激光器的非线性动力学特性.研究结果表明:在合适的注入强度和失谐频率条件下,自由运行工作在Y线偏振模式的1 550nm垂直腔面发射激光器可呈现出稳态、稳定注入锁定、单周期、二倍周期、多周期、混沌等多种非线性动力学状态以及偏振转换现象;引入光电负反馈后,1 550nm正交偏振光注入垂直腔面发射激光器将呈现出双频准周期、三频准周期等动力学状态.在注入强度和失谐频率构成的参数空间,反馈延时时间一定时,反馈强度大小对该激光器的动力学状态分布有明显影响;光电反馈强度一定时,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单周期或稳定注入锁定态,即反馈延时时间对激光器动态行为的影响较弱.     

注入电流对垂直腔面发射激光器横模特性的影响

对980nm氧化限制型垂直腔面发射激光器横模进行测试和研究,理论上从时间、空间变量的速率方程出发,利用空间积分法分析了典型电注入参数对弱折射率导引垂直腔面发射激光器(VCSELs)横模行为的影响,通过实验测试,得到VCSELs的横模光场分布情况,并与理论分析进行对比,得出相应的实验结果,在氧化孔径不变的情况下,随着注入电流的增加,载流子分布从有源区中心向边缘移动,模式从低阶基模向高阶模转变,并发生了较强的模式竞争以及载流子空间烧孔效应,最终导致基模强度的降低.另一方面,通过比较不同注入孔径下高阶模的发生时 关键词： 横模 垂直腔面发射激光器 空间烧孔现象 模式竞争     

光脉冲注入下VCSEL的偏振开关特性

基于描述主、副垂直腔表面发射激光器（M-VCSEL,S-VCSEL）动态特性的速率方程,研究了M-VCSEL在脉冲电流调制下,输出光脉冲的偏振特性,以及S-VCSEL在M-VCSEL输出光脉冲的注入下,其偏振开关特性.研究结果表明：M-VCSEL在周期性脉冲电流的作用下,将产生周期性光脉冲输出;S-VCSEL在该光脉冲的注入下,输出光将在两个互相垂直的方向之间发生周期性转化,且变化周期与M-VCSEL所受到的调制脉冲电流周期相同;通过改变M-VCSEL驱动脉冲电流的调制幅度,可控制S-VCSEL输出的垂直偏振抑制比. 关键词： 垂直腔表面发射激光器（VCSEL） 光脉冲 偏振开关     

Scaling effects on the dynamic characteristics of long-wavelength vertical-cavity surface-emitting lasers (VCSELs)

The influence of the oxide aperture radius on the characteristics of a long-wavelength vertical-cavity surface-emitting laser (VCSEL) lasing at 1550 nm is presented in this paper. While previous works in the literature mostly investigate the scaling effects of short-wavelength VCSELs. The importance of studying the effects of long-wavelength operation should not be underestimated, as it could be used in fiber optics communication to mitigate dispersion and attenuation of the channel. Using the oxide-confined VCSEL model, the dynamic operations were examined taking into account the carrier-noise, photon-noise and phase-noise, including feedback of the external cavity. Our simulations show that by reducing the oxide aperture up to a given optimal radius, an improvement in the device's characteristics can be demonstrated. Below this value, performance degradation is expected due to increased diffraction losses, reduced confinement factor and enhanced spontaneous emission.     

Polarization switching characteristics in a 1550nm VCSEL subject to circularly polarized optical injection

Polarization switching(PS) characteristics in a 1550 nm vertical-cavity surface-emitting laser(VCSEL) subject to circularly polarized optical injection(CPOI) are experimentally investigated.The results show that,under different biased current,a solitary 1550 nm VCSEL can oscillate at y polarization mode(y mode),two polarization components(PCs) coexistence or x polarization mode(x mode).The PS characteristics induced by CPOI for the VCSEL operating at y mode and x mode are analyzed and the evolutions of dynamical states with the injected power are discussed.Additionally,the mappings of nonlinear dynamical states are given in the parameters space of the injected power and frequency detuning.     

基于1550 nm垂直腔面发射激光器的长距离双向双信道光纤混沌保密通信研究

基于同一混沌信号光注入下两个1550 nm垂直腔面发射激光器 (VCSELs) 中两对应线性偏振模式之间的混沌同步, 提出了一种可实现信息的长距离双向双信道光纤混沌保密通信的系统模型, 并对该系统的同步、双向双信道通信以及光纤信道对信息传输的影响等性能进行了相关仿真研究. 结果表明: 在由驱动混沌激光器所产生的同一混沌光注入下, 两响应激光器中对应的两线偏振模式之间均可实现高质量的等时混沌同步, 且驱动激光器与两响应激光器间的同步系数较低; 基于两响应激光器之间对应线偏振模式的高质量混沌同步, 可实现双向双信道混沌通信; 采用单模保偏光纤 (或色散位移保偏光纤) 作为通信信道, 2.5 Gbit/s信息在传输60 km (或200 km) 后解调信息的Q因子能保持在6以上. 关键词： 垂直腔面发射激光器 (VCSELs) 双向双信道 混沌通信 光纤     

Polarization-bistable vertical-cavity surface-emitting lasers: application for optical bit memory

We summarize recent results on polarization-bistable vertical-cavity surface-emitting lasers (VCSELs) and their application to optical buffer memory. All-optical flip-flop operation with very low switching energies and high repetition rates is achieved. An optical buffer memory consisting of a two-dimensional array of polarization-bistable VCSELs, in which the bit state of the optical signal, “0” or “1”, is stored as a lasing linear polarization state of 0 or 90°. Input data stored as the polarization states of the first VCSEL are transferred to the polarization states of the second VCSEL. In our experiments with 980 nm polarization-bistable VCSELs, 10 Gbit/s optical buffering, 2-bit optical buffering, and a shift register function have been successfully demonstrated.     

Chaos synchronization and communication of the polarization modes for two unidirectionally coupled vertical-cavity surface-emitting lasers

We theoretically investigate the synchronization performance of the polarization modes of two unidirectionally coupled vertical-cavity surface-emitting lasers (VCSELs), where the master VCSEL subjects to polarization-preserved optical feedback and the slave VCSEL subjects to polarization-preserved optical injection. We demonstrate that high synchronization can be achieved between corresponding polarization components of the master laser and the slave laser. We also analyze the influence of the internal mismatched parameters on the synchronization performance. Furthermore, this system is used to dual-channel communication and the different transmitted digital information is respectively recovered at each polarization branch of the slaver laser successfully with the encryption scheme of chaos masking (CM). The results open an opportunity for multichannel chaotic communication by utilizing different polarization components in single-mode or multi-transverse-mode VCSELs.     

Influence of polarization mode competition on the synchronization of two unidirectionally coupled vertical-cavity surface-emitting lasers

We analyze theoretically the effect of polarization mode competition on the synchronization of two unidirectionally coupled vertical-cavity surface-emitting lasers (VCSELs). Chaos in the master laser is induced by delayed optical feedback, and the slave laser is subject to isotropic optical injection from the master VCSEL. We show that the synchronization quality can be enhanced when the chaotic regime in the master VCSEL involves both fundamental orthogonal linearly polarized modes.     

基于双光注入锁定1550 nm垂直腔表面发射半导体激光器产生可调谐毫米波

基于自旋反转模型, 对双光注入下1550 nm 垂直腔表面发射半导体激光器(1550 nm-VCSEL)的非线性动力学行为进行了理论分析和数值仿真研究. 结果表明: 当一个中心波长位于1550 nm 的副VCSEL(S-VCSEL)同时受到来自两个主VCSELs (M-VCSELs)的光注入时, 在适当的注入条件下, S-VCSEL可处于双光注入锁定态. 此时, S-VCSEL中的两偏振模式均呈现频率为两注入光频率之差的周期性振荡, 输出的光谱仅包含两个主频率部分, 即光谱具有单边带特征. 因此, 基于双光注入下S-VCSEL的周期性振荡可以获得两个相互正交的光毫米波. 通过调节两个M-VCSELs之间的频率差异可使毫米波频率在较大范围内连续可调, 通过调节系统参量可以控制毫米波功率以及调制深度. 关键词： 垂直腔表面发射激光器 双光注入 毫米波 调制深度     

1550 nm垂直腔面发射激光器的特征参量随温度的变化

在采用自旋反转模型分析垂直腔面发射激光器（VCSELs）动力学行为的过程中,为了正确预测VCSELs的动力学行为,需要准确给出自旋反转模型中光场衰减速率k、总反转载流子衰减速率γ_N、线性二向色性系数γ_a、线性双折射系数γ_p、自旋反转速率γ_s和线宽增强因子α这6个特征参量.本文对1550 nm VCSELs在自由运行和平行光注入下的输出特性进行实验分析,获取了这6个特征参量的值,并着重研究了当激光器温度在10.00–30.00 ℃范围内变化时,这6个特征参量呈现的变化趋势.研究结果表明,随着温度的逐渐升高,γ_p整体呈现逐渐增加的趋势,γ_a,γ_s,γ_N和k呈现复杂的变化趋势,而α则呈现逐渐减小的趋势.     

基于外光注入互耦合垂直腔面发射激光器的混沌随机特性研究

通过在互耦合垂直腔面发射激光器(VCSELs)系统中增加外光注入, 建立了一种基于偏振可调光反馈VCSEL驱动互耦合VCSELs混沌系统模型, 分析了增加外光驱动对互耦合激光器随机特性的影响. 以不可预测度作为随机特性的评价指标, 采用信息论中的排列熵作为相应量化工具, 对系统输出混沌信号的不可预测性进行定量分析.数值研究了光强度、时延、偏振旋转角度以及驱动激光器与耦合激光器间的频率失谐对输出信号随机特性的影响.结果表明: 外光注入能够增大互耦合VCSELs输出混沌信号的排列熵, 即外光注入能够有效提高耦合系统的随机特性; 驱动激光器可调偏振片偏转角度调节到45° 附近, 注入强度适中, 满足耦合强度大于驱动激光器自反馈强度条件, 系统输出信号的排列熵较大; 在耦合时延与驱动激光器反馈时延不相等的同时, 增加驱动激光器与耦合激光器频率失谐, 外光注入互耦合VCSELs的随机特性能够得到进一步提高.     

Suppression of polarization switching in vertical-cavity surface-emitting lasers by use of optical feedback

The polarization properties of vertical-cavity surface-emitting lasers (VCSELs) subject to optical feedback are studied experimentally. It is thereby demonstrated that polarization-selective optical feedback can be utilized to entirely eliminate VCSEL polarization switching over the entire device operating range.