1550nm垂直腔面发射激光器自旋反转模型中关键参量数值的实验确定

自旋反转模型是目前用于分析垂直腔面发射激光器(VCSELs)非线性动力学特性最常用的理论模型,因此该模型中相关参量的取值至关重要.本文基于对自由运行和平行光注入时1550 nm垂直腔面发射激光器(1550 nm-VCSELs)输出特性的实验测量结果,对描述1550 nm-VCSELs特性的SFM中光场衰减速率k、总载流子衰减速率γN、线宽增强因子α,有源介质双折射速率γp、自旋反转速率γs、有源介质线性色散速率γa等关键参量进行了估值.在此基础上,利用所测得的这些关键参量的数值,仿真了1550 nm-VCSELs的相关输出特性,所得结果与实验结果符合.     

用双点源δ-P1近似光学模型反演生物组织的光学参量

根据空间分辨漫反射的双点源δ-P₁近似理论模型,采用非线性最小二乘法,从反射率的测量数据中反演得到了生物组织的吸收系数μ_a、有效散射系数μ' _s和二阶参量γ.研究表明,在光源与探测器之间距离大于一个输运平均自由程的情况下,双点源δ-P₁近似能较好地描述光源附近的光辐射分布,而且能够根据参量γ与μ' _s的关系得到组织的各向异性因子g.这些研究对于生物组织的光学性质测量以及漫反射光谱技术的应用具有重要意义. 关键词： 组织光学 P₁近似')" href="#">δ-P₁近似 光学参量 双点源     

锐钛矿金红石的高温原位X射线衍射研究

对TiO₂粉末进行了空气和真空条件下从室温到1200℃的加热原位X射线衍射实验, 得到了空气和真空条件下微米级锐钛矿颗粒转变为金红石的起始温度分别为850℃ 和855℃; 分别修正了空气条件下锐钛矿在(27–850℃)范围和金红石在(900–1200℃) 范围内的晶胞参数和真空条件下锐钛矿在(27–850℃)范围和金红石在(950–1200℃) 范围的晶胞参数, 从而得到了晶胞参数随温度变化的关系, 得到了锐钛矿和金红石在空气中和真空中的热膨胀系数, 并总结了热膨胀系数随温度变化的规律. 室温下锐钛矿在空气条件下的热膨胀系数为 α_a=4.55063×10^-6/℃, α_c=7.7543×10^-6/℃, β=16.85836×10^-6/℃; 真空下为 α_a=4.69429×10^-6/℃, α_c=9.02850×10^-6/℃, β=18.69688×10^-6/℃. 室温下, 金红石在空气条件下的热膨胀系数为 α_a=6.81243×10^-6/℃, α_c=8.71644×10^-6/℃, β=22.22178×10^-6/℃; 真空条件下为 α_a=6.05834×10^-6/℃, α_c= 8.39280×10^-6/℃, β=20.52362×10^-6/℃. 关键词： 2')" href="#">TiO₂ 原位X射线衍射 相转变 热膨胀     

末端形状对NiFe纳米薄膜磁反转动力学特性的影响

基于微磁学模拟方法研究末端形状对NiFe纳米薄膜的磁反转和自旋波本征动力学特性的调制及磁反转与自旋波模式软化间的内在联系.纳米薄膜微磁结构的相变总是伴随着某种自旋波模式的软化,软化自旋波模式空间分布预示微磁结构相变的路径.存在一临界裁剪度（h₀）.当裁剪度h<h₀时,磁振荡局域于末端边缘的EM自旋波软化诱导磁反转从磁体末端边缘磁矩失稳开始,边缘失稳区域向中央扩展形成反转畴,最后反转畴逐渐移出膜面外而实现反转.当h≥h₀时,形状各向异性导致边缘局域化模式自旋波被抑制,反转场附近一致模式自旋波的软化诱导磁体一致反转.     

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     

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.     

红色长余辉材料Zn3(PO4)2：Mn2+,Ga3+的合成及光谱性质

采用高温固相法合成α、β和γ-Zn₃(PO₃)₂:Mn²⁺,Ga³⁺(ZPMG),XRD分析表明,高温合成过程中淬火条件有利于β相的形成,退火条件有利于γ相的形成。三种磷光粉的激发光谱分别位于246nm(α)、234nm(β和γ)的宽带谱。α相的发射光谱为位于508nm的锐线谱,β和γ相的发射光谱均存在两个谱带,分别位于508nm的绿色光谱区和616nm的红色光谱区。两种发射均归属为Mn²⁺的⁴T₁(⁴G)→⁶A_1g(⁶S)跃迁,但是由于Mn²⁺在Zn₃(PO₃)₂结构中的配位数不同,故发光颜色及强度均不同。对于余辉发射,只能观察到红色余辉光谱。     

连续可变偏振光注入垂直腔面发射激光器的偏振开关及双稳特性

基于垂直腔面发射激光器(VCSELs)的自旋反转模型(SFM),理论研究了连续可变偏振光注入VCSEL所产生的偏振开关及双稳特性。研究结果表明,在合适的注入参数设置下,通过连续正向扫描和反向扫描注入光偏振角,VCSEL的偏振分量可产生由偏振角度诱导产生的偏振开关(PS)及偏振双稳(PB)效应,且正反向PS点位置随扫描周期的变化而发生偏移,进而导致PB区域宽度发生改变。当注入强度一定时,正反向PS点位置随扫描周期的增大呈现相反的变化趋势,且更小的扫描周期和更大的频率失谐均有助于增加PB区域的宽度;对于频率失谐给定的情形,注入光强度的变化对PS和PB宽度也有着较大的影响,较小的注入强度及扫描周期更易于PB宽度的扩展。当给定注入强度和频率失谐时,正反向PS点所对应的偏振角度随偏置电流的增强均呈现近似增大的趋势,而PB区域宽度则表现出较大的起伏,且扫描周期越大,对应的PB宽度越小。此外,自旋反转速率也会影响VCSEL输出偏振分量的PS和PB特性,当注入参数一定时,较小的自旋反转速率更易于产生较大的PB宽度。     

利用18O(6Li,d)22Ne反应研究22Ne Eα=470 keV共振态的性质

慢速中子俘获过程（s过程）是合成比铁重元素的重要途径之一。22Ne（α,n）25Mg反应是大质量AGB星中s过程主要的中子源,其中的22Ne主要通过14N（α,γ）18F（β+）18O（α,γ）22Ne反应链合成。该反应链中关键反应18O（α,γ）22Ne在天体物理感兴趣能区的截面非常低,其天体反应率主要来自于22Ne α分离阈附近低能共振态的贡献,但目前相关能级的共振参数严重缺失。在HI-13串列加速器的Q3D磁谱仪上,通过测量18O（6Li,d）22Ne反应的角分布,利用DWBA分析确定了22Ne分离阈附近共振能级E_α=470 keV的自旋宇称为0+,为后续计算18O（α,γ）22Ne的天体反应率打下了基础。About a half of the abundances of elements heavier than iron comes from the so-called slowneutron capture process (s-process) in Asymptotic Giant Branch (AGB) stars, with the 22Ne(α, n)25Mg reaction as one of the main neutron sources. In the beginning phase of AGB thermal pulse, 22Ne is produced by the 14N(α, γ)18F(β+)18O(α, γ)22Ne reaction sequence, in which the 18O(α, γ)22Ne reaction plays a key role. While the reaction rate of the 18O(α, γ)22Ne is mainly affected by several resonant states lying closely to the α threshold in 22Ne, up to now, the relevant 22Ne parameters are fragmentary in the energy region corresponding to the typical temperatures of s-process. The direct measurement of the 18O(α, γ)22Ne reaction rate is extremely difficult due to the very low cross section. In this work, we investigated the 22Ne resonant states via the 18O(6Li, d)22Ne reaction at the Beijing HI-13 tandem accelerator of China Institute of Atomic Energy. Based on the DWBA analysis, preliminary results showed that the spin-parity of 22Ne E_α=470 keV resonant states was assigned as 0+, which would make contributions to subsequent calculation for the reaction rate of the 18O(α, γ)22Ne.     

基于双光反馈垂直腔面发射激光器的双信道混沌同步通信

利用双光反馈垂直腔面发射半导体激光器(VCSELs) 两个正交偏振模式输出的两个混沌信号作为混沌载波, 构建了一个双信道的混沌保密通信系统, 并对该系统的通信性能进行了数值仿真研究.研究结果表明: 通过合理的选取反馈参量, 双光反馈VCSELs两个偏振模式输出的混沌信号能很好地隐藏外腔反馈延时特性; 双光反馈VCSEL两个偏振模式输出的混沌信号通过偏振保持注入到接收VCSEL中, 在强注入锁定条件下可以实现很好的混沌同步, 同步性能对频率失谐的容忍性随着注入强度的增加而加强; 在附加混沌调制加密方式下, 500 Mbit/s的信号在传输过程中能够得到很好的隐藏, 同时在接收端可以成功解调; 随着通信速率的增加, Q因子呈现下降的趋势, 但对于 6 Gbit/s的信息, Q因子仍大于6. 关键词： 垂直腔面发射激光器 双光反馈 双信道 混沌通信     

光反馈诱发长波长垂直腔面发射激光器低功耗偏振开关

基于扩展的自旋反转模型,对光反馈诱发下长波长垂直腔面发射激光器中的低功耗偏振开关进行了理论研究.研究表明:长波长垂直腔面发射激光器在自由运行下未能获得的偏振开关现象,可以通过引入中等强度的偏振旋转光反馈来实现.对比强弱两种不同的线性色散效应,发现了一些有趣的现象:弱线性色散条件下更易于在低注入电流下获得偏振开关,并且产生偏振开关所需的反馈强度具有更大的调控范围;强色散效应中未能始终获得偏振开关,会出现两模共存区,并且偏振开关出现的注入电流值较高.同时,观察到的偏振模跳变和多偏振开关现象类似于短波长垂直腔面发射激光器,因而证实这两类激光器在偏振开关的本质规律上是相似的.此外,还对长波长垂直腔面发射激光器不易在低注入电流下获得偏振开关的原因进行了分析,并给出了合理的解释.     

基于平行偏振光注入的1550nm波段垂直腔表面发射激光器获取窄线宽光子微波的理论和实验研究

提出一种基于1550 nm垂直腔表面发射激光器(1550 nm-VCSEL)获取高质量微波信号的全光方案.在该方案中,采用波长位于VCSEL中被抑制模式的中心波长附近、振动方向与VCSEL中主导模式相同的偏振光注入(即平行注入)1550 nm-VCSEL获取高频微波,并借助双光反馈对该高频微波的线宽进行窄化.一方面,基于VCSEL的自旋反转模型,从理论上分析了采用该方案产生微波信号的可行性;另一方面,通过构建相应的实验系统,对该方案产生的微波的特性进行初步实验研究.实验结果表明:在合适的注入条件下,1550 nm-VCSEL能够产生30 GHz左右的微波信号,但该信号的线宽较宽(百兆水平);引入双光反馈后,微波线宽可被压窄两个数量级以上,得到了线宽低于1 MHz、信噪比大于40 d B的微波信号.     

基于偏振旋转光反馈下的外光注入VCSEL产生高性能毫米波

本文提出一种基于偏振旋转光反馈下的外光注入垂直腔 表面发射激光器(VCSEL)产生高性能毫米波的方案, 并利用描述外部扰动下VCSEL动态特性的自旋反转模型(SFM), 对所产生的毫米波的特性进行了数值研究. 研究结果表明: 一个受到主VCSEL(M-VCSEL)光注入的副VCSEL(S-VCSEL)在一定条件下可以产生单周期(P1)振荡, 即在光波上调制了一个微波信号. 通过调节外光注入强度ξ_i以及S-VCSEL与M-VCSEL之间频率失谐Δν, 可以获得频率在30---60 GHz范围内连续可调的毫米波信号. 在外光注入VCSEL中引入偏振旋转光反馈, 通过选取合适的反馈强度ξ_f以及反馈延迟时间τ, 产生的毫米波信号的线宽可以得到明显窄化. 对于光注入S-VCSEL所产生的线宽为5.509 MHz的毫米波, 在引入偏振旋转光反馈后, 毫米波线宽可以降低到230.2 kHz. 本文的研究对高速光载无线(RoF)系统中优质毫米波信号的获取具有一定的参考意义.     

Current spreading modification to enhance single-fundamental-mode VCSEL operation at higher temperatures

Continuous-wave (CW) performance of modern oxide-confined (OC) vertical-cavity surface-emitting diode lasers (VCSELs) at room and elevated temperatures is investigated with the aid of the comprehensive fully self-consistent optical-electrical-thermal-gain model. A standard OC GaInNAs/GaAs double-quantum-well VCSEL emitting the 1.3-μm radiation is used as a typical modern VCSEL structure. The oxide aperture is placed at the anti-node position of an optical standing wave within a VCSEL cavity. The desired single-fundamental-mode (SFM) operation has been found to be expected only in VCSELs equipped with relatively small active regions of diameters equal or smaller than 10 μm. Therefore a proton implantation used as an radial additional confinement of the current spreading from the upper annular contact towards the centrally located active region is proposed and its impact on the VCSEL performance is investigated. The above structure modification has been found to enable a radical improvement in the VCSEL performance. In particular, in this case, the SFM VCSEL operation is possible even in VCSELs with quite large active regions and for much wider ambient-temperature range than in the standard OC VCSELs.     

Enhanced single-fundamental LP01 mode operation of 650-nm GaAs-based GaInP/AlGaInP quantum-well VCSELs

Minimal optical attenuation of plastic (polymer) optical fibres (POFs) corresponds to the 650-nm wavelength. Currently the GaInP/AlGaInP quantum-well (QW) oxide-confined (OC) vertical-cavity surface-emitting diode lasers (VCSELs) are undoubtedly the laser devices most suited to be used in 650-nm POF optical communication, for which the stable single-fundamental-mode LP₀₁ emission (SFM) is definitely the one most desired. In the present paper, the comprehensive fully self-consistent VCSEL model is used to examine mode selectivity of the above VCSELs. An increase in the VCSEL active-region diameter leads to a gradual modification of the current injection into this region and subsequent carrier radial diffusion within it before their recombination, which is followed by an essential transformation of active-region optical-gain profiles deciding upon an excitation of successive transverse modes. In standard arsenide OC VCSELs, SFM operation is usually limited to relatively small active regions. But for a room-temperature continuous-wave operation of the GaInP/AlGaInP VCSELs, the fundamental LP₀₁ mode remains surprisingly the lowest-threshold one up to relatively large active regions of 9-μm diameters. Nevertheless, in such VCSELs, thresholds of many LP modes become very similar to one another, which leads to their relatively poor mode selectivity and an unwanted multi-mode operation for higher output powers.     

基于单向注入垂直腔面发射激光器系统的密钥分发

随机源对于信息理论安全的密钥分发至关重要,本文提出了一种基于单向注入垂直腔面发射激光器系统的密钥分发方案.首先基于单向注入的方式产生无时延特征的激光混沌信号,并通过单向注入驱动两个从激光器产生带宽增强的混沌同步信号.然后经过采样、量化以及异或等后处理,生成密钥流.数值仿真结果表明,在单阈值情况下,合法用户之间的误比特率低至1%左右,合法用户与窃听者之间的误比特率都高于10%;在双阈值情况下,误比特率可以低至10^-6.最后,对生成的密钥流进行了NIST随机性测试.该方案有效地增强了密钥分发的安全性.     

Transverse-mode selectivity in possible nitride vertical-cavity surface-emitting lasers

Excitation of various transverse modes in possible nitride vertical-cavity surface-emitting lasers (VCSELs) is investigated and compared using the effective frequency optical model. In the comparative analysis of laser mode selectivity, two distinctly different configurations of possible nitride VCSELs are considered: the traditional VCSEL design with both (n-side and p-side) ring contacts as well as the uniform-current-injection (UCI) VCSEL design. Our simulation reveals that, during the continuous-wave device operation at room temperature, a multi-mode operation dominated by higher-order transverse modes is typical for traditional nitride VCSEL configurations whereas a desirable single-mode (based on the fundamental LP₀₁ mode) operation turns out to be characteristic for the wide current range in UCI ones. The above different threshold device behaviours are an immediate consequence of essentially different current-spreading phenomena in both VCSEL designs, resulting in completely different not only gain profiles but also temperature distributions within the laser active regions of both VCSELs. Seemingly similar behaviour has been also reported in arsenide VCSELs but it is expected to be much more severe in the case of nitride ones as a result of much higher both electrical resistivities of p-type nitrides and their temperature derivatives of refractive indices.     

互注入垂直腔表面发射激光器的多次偏振转换特性研究

基于垂直腔表面发射激光器(VCSELs)的自旋反转模型, 研究了互注入VCSELs系统中参数连续变化所引起的多次偏振转换(PS)特性. 研究结果表明: 连续改变互注入强度ξ、两个互注入VCSELs中一个激光器的激射频率以及同时连续改变两个激光器的激射频率, 均可产生多次的PS. 详细分析了上述三种参数连续变化所引起的多次PS的特性, 并讨论了耦合延时时间对多次PS特性的影响.