半导体激光偏振特性与模式竞争的实验分析

本文叙述了对称型GaAs-GaAlAsP双异质结激光器偏振特性的实验研究,分析了这种半导体激光器的模式竞争过程。实验证明。半导体激光器外加电流低于阈值时,只有自发辐射,不呈现光的偏振特性;高于阈值时,对于d=0.15～0.40μ的有源层激光器,通常只有基摸振荡,而且TE模起支配作用,偏振的选择取决于模的谐振腔镜面反射率R_0,而TM模在阈值时就达到饱和,高于阈值的电流都用于加强TE模偏振。当有源层厚度d>0.40μ时,会出现TE模和TM模、基次模和高次模之间的竞争,TE模的增强会导致TM模的削弱,或TE模的减弱提供TM模的增强。在这种情况下,偏振的选择要由光的限制因子Г和镜面反射率R_m一起决定,TE、TM模和基模、高次模都有可能出现。此外,偏振特性的好坏还与激光器有源层内部晶体缺陷、非均匀性结晶和注入载流子的分配比密切相关.     

高效全偏振矩形闪耀光栅的设计(英文)

入射光在光栅内传输时将激发产生离散模.本文采用模态法调节光栅内离散模的传输特性,使TE和TM偏振光所激发的0、1模为传输模,其余高阶模为消逝模.通过调控0模和1模间的累积相位差,对衍射光进行调控,实现了-1级近100%的高效衍射.采用模态法分三部设计了共振域的矩形全偏振闪耀光栅:1)根据光栅的共振条件给出光栅周期,光栅周期越大槽深越小;2)根据特征模方程计算出光栅占空比;3)根据耦合模条件计算机光栅槽深.实验结果表明,该光栅的TE和TM偏振光同时具备近100%的-1级衍射效率.给出了633nm波长-1级矩形石英全偏振闪耀光栅的典型设计实例,计算结果表明:所设计的全偏振闪耀光栅对TE和TM偏振入射光的-1级衍射效率分别高达96.7%和98.1%,且具有较宽的入射角及入射波长的变化适应范围,较大的制作容差.     

各向异性光子晶体的全反射隧穿偏振特性

为了研究一维各向异性光子晶体的全反射隧穿偏振特性,利用传输矩阵法计算了TE波和TM波以大于全反射角入射一维各向异性光子晶体时的透射率,在透射波中发现了TE波和TM波的一、二级全反射隧穿带.得出了与一维各向同性光子晶体的全反射隧穿效应的不同点,即TE波和TM波的一、二级全反射隧穿带的频率中心和频率宽度存在着较大的差异,利用这个特性可以将两种偏振光进行频率分离,为设计优质偏振滤波器提供理论依据.     

由单负材料组成的对称型一维光子晶体的偏振特性

利用传输矩阵法,讨论了由单负材料组成的对称型一维光子晶体的偏振特性。结果表明:入射角较小时,TE、TM两波隧穿模的中心位置基本相同。入射角θ增加,两隧穿模均向短波方向移动,且其半峰全宽变窄。入射角θ>20°时,两隧穿模的蓝移量增加,且TM波的移动量大于TE的,入射角越大,这一变化越明显。周期数N增加时,两隧穿模的位置保持不变,半峰全宽变窄;TM波隧穿模的透射率保持为1,而TE波的有所下降。介质的几何厚度增加时,两隧穿模均向长波方向移动,隧穿模的透射率保持不变。两介质几何厚度的变化量相同,两隧穿模的移动量也分别相同。     

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     

一维TiO2亚波长光栅的衍射异常现象及其结构设计

研究了一维TiO₂亚波长光栅（SWG）的衍射异常现象,具体表现为泄漏模共振效应和瑞利异常。研究表明,一定参数条件下的横磁波（TM偏振）和横电波（TE偏振）入射均会出现瑞利异常和泄漏模共振效应。在TM偏振光情况下,会出现传统的窄带、高衍射效率泄漏模共振效应,而在TE偏振光情况下,由于多个接近的泄漏模共振峰相互叠加,故会形成宽带、高衍射效率的反射谱。采用严格耦合波理论计算了一维TiO₂ SWG的衍射效率,研究了光栅周期、高度和占空比对光栅反射率的影响。当光栅周期为0.49μm,高度为0.25μm,占空比为0.34时,SWG具有TE偏振选择性,在0.52μm波段处的反射率接近1,且高反带（反射率达到99.9%以上）宽度为26 nm。优化各结构参数,得到光栅周期、占空比、高度的制作容差分别为1.6%、8.3%、2.0%,故SWG理论上可以作为垂直腔面发射激光器的反射镜。     

基于非线性偏振旋转效应的多波长掺铥锁模光纤激光器

运用非线性偏振旋转效应实现了一种掺铥锁模多波长光纤激光器.采用环形腔结构,以1 565nm半导体光源为泵浦源,3m长掺铥光纤为增益介质.利用非线性偏振旋转效应进行滤波.当泵浦功率在800mW时,通过调节光纤偏振控制器,激光器出现了被动锁模状态的脉冲输出,脉冲重复频率为3.178MHz,脉冲宽度为617ps.进一步增加泵浦功率,激光器进入多波长输出的工作状态.调节偏振控制器在室温下得到1~5个稳定的波长激光输出,边摸抑制比为40~60dB.     

基于二维光子晶体的偏振选择TE/TM波功率分配器

提出了基于二维光子晶体的具有偏振选择功能的横电(TE)和横磁(TM)波三等分功率分配器,功分器结构构建于正方晶格的十字形光子晶体波导中。利用有限元法计算结构的性质,利用Nelder-Mead算法进行了参数优化。结果表明,在输入通道引入不同的偏振选择缺陷,可使功分器具有偏振选择功能。对于TE功分器,TE波能够进入并在其中传输,TM波则不能进入;对于TM功分器,情况则刚好相反。在波导的十字交叉区域引入功率控制缺陷,可使各输出端功率相等。合理选择参数,TE和TM功分器的总传输效率分别可达99.48%和95.53%。波长扫描发现两种功分器都可工作在相对较大的波长范围内。     

基于法布里-珀罗半导体激光器实现高重复频率光脉冲的时钟分频

实验研究了重复速率为6.32 GHz的光脉冲注人法布里-珀罗(Fabry-Perot)半导体激光器实现3.16 GHz光脉冲输出的时钟分频现象,讨论了 Fabry-Perot半导体激光器的偏置电流、注入光功率、注入光光谱以及光谱线宽等因素对时钟分频的影响.利用光注入半导体激光器产生的周期二振荡非线性动力学特性.实现了高重复速率光脉冲的时钟分频.研究表明,当注入光的光谱较窄且锁定Fabry-Perot半导体激光器某一纵模时,在较低的偏置电流和一定的注入光功率时,时钟分频才能发生.采用半导体激光器的速率方程.通过数值模拟,研究了半导体激光器的偏置电流和线宽增强因子以及注入光功率对时钟分频的影响,所得结果与实验结果相吻合.     

InGaAs/InAlAs多量子阱脊形波导及定向耦合器光波特性准矢量分析

提出了一种基于级数展开的三维准矢量束传播法(SE-QV-BPM)用以分析由InGaAs/InAlAs多量子阱构成的脊形光波导及定向耦合器.结果表明，刻蚀深度相同时，TM模比TE模在水平方向限制强，且TM模的模场在波导角上出现畸变；波导间距相同时，定向耦合器TM波的耦合长度大于TE波的耦合长度，对偏振态敏感.分析获得了浅/深刻脊形光波导承载的准矢量TE/TM基模、定向耦合器承载的TE/TM偶/奇模的模场分布及其有效折射率，模拟了光场在定向耦合器中的传输演变情况.另外，SE-QV-BPM导出矩阵小，计算效率高 关键词： 级数展开 准矢量束传播法 多量子阱 InGaAs/InAlAs     

高功率微波弯曲圆波导设计

 报道了可分别传输TM₀₁模和TE₀₁模的两种弯曲圆波导的设计方法和计算结果。研究表明：所设计的TM01模弯曲波导和TE₀₁模弯曲波导在中心频率上传输效率均超过99.5%,传输效率大于95%的带宽分别达到20.0%和14.4%;该两个弯曲波导也分别适用于传输TE₁₁模和TM₁₁模;水平极化TE₁₁模与TM₀₁模、垂直极化TM₁₁模与TE₀₁模在弯曲圆波导中传输时具有相似的传输效率和频带特性;而垂直极化TE₁₁模、水平极化TM₁₁模由于不易和其它模式耦合,在弯曲波导中传输时具有较高的传输效率。     

Optical power equalization for upstream traffic with injection-locked Fabry-Perot lasers in TDM-PON

An optical power equalization of upstream traffic in time-division-multiplexed passive optical network (TDM-PON) based on injection-locked Fabry-Perot lasers has been experimentally investigated. The upstream transmitters with stable spectrum are achieved by using an external injection light source in the optical line terminal (OLT). The different upstream powers can be equalized by injection locking a Fabry-Perot laser diode (FP-LD) biased below threshold current in OLT. The dynamic upstream power range from − 8.5 to − 19.5 db m is reduced to a 1.6 dB maximal power variation, when the uplink signal is directly modulated at 1.25 Gb/s.     

基于Fabry-Perot半导体激光器实现全光波长转换及其最优纵模选择

采用Fabry-Perot半导体激光器作为波长转换器件,利用半导体激光器内部的交叉增益调制效应,通过同时将脉冲信号光与连续探测光耦合到半导体激光器,实现了对波长为1552.62nm、重复速率为2.7GHz的光脉冲信号转换到波长为1548.23nm的连续激光,同时实现了脉冲时间抖动的抑制.实验发现,对于确定的半导体激光器及其工作参数,总存在一个固定的纵模,当探测光的波长与该纵模波长一致时可获得最高的波长转换效率和最大的消光比.理论分析了探测光与Fabry-Perot半导体激光器多纵模间的模式选择对波长转换效 关键词： 纵模选择 波长转换 注入锁定 交叉增益调制     

A comparison between rate-equation and Fabry-Perot amplifier models of injection locked laser diodes

The rate-equation and the Fabry-Perot amplifier models for injection locked laser diodes are compared. Both models give identical results at the limiting case of no injected signal. The Fabry-Perot model predicts a wider locking bandwidth and is more useful for large signal applications. The rate-equation model is suitable for investigating the dynamic properties. Numerical results from both models are presented.     

基于自准直效应的光子晶体异质结偏振分束器

基于光子晶体的自准直效应和禁带特性,提出了一种具有非正交异质结结构的光子晶体偏振分束器.无需引入缺陷或波导,可使光波在该结构中准直无发散地传输并实现分束功能,对制造工艺的要求大大降低.利用Rsoft软件,结合平面波展开法和二维时域有限差分法,对提出的偏振分束器进行了仿真研究.结果表明,该偏振分束器在一个较大的频率范围f=0.275—0.285(a/λ)内可实现横电(TE)和横磁(TM)模的大角度偏振分离,TE和TM模的透过率均在88%以上,偏振消光比分别大于26.57 dB和17.50 dB.该结构可应用到太赫兹波段的传输系统中,a=26μm,尺寸大小为572μm×546μm,在91—95μm波长范围内可实现TE和TM模的分离.利用该结构可设计用于光通信系统(n=3.48)的偏振分束器,a=426.25 nm,结构仅为9.38μm×8.95μm.本方案结构简单,易于集成,有望在集成光路的发展中发挥重要作用.     

Accurate monitoring of an interferometric fiber-optic sensor with a multimode semiconductor laser

A technique for monitoring interferometric sensors by correlation of the optical signal from the sensor with the signal from a phase-modulated reference interferometer is described. The technique is applied to temperature measurement with a fiber Fabry-Perot sensing head. We extend the 7 degrees C unambiguous measurement range obtained with a 1.3-mum laser diode as the light source to 43 degrees C by adding a second laser diode emitting at 1.55mum . Experimentally, a rms phase-measurement error of +/-0.28rad , corresponding to a temperature error of +/-0.32 degrees C , was achieved with a low-quality multimode Fabry-Perot laser. The phase error was improved to +/-0.14rad , corresponding to a temperature error of +/-0.16 degrees C , by use of a distributed-feedback laser diode.     

Demonstration of a passive subpicostrain fiber strain sensor

We demonstrate a fiber Fabry-Perot (FFP) sensor that is capable of detecting subpicostrain signals, from 100 Hz and extending beyond 100 kHz, using the Pound-Drever-Hall (PDH) frequency locking technique. A low-power diode laser at 1550 nm is locked to a free-space reference cavity to suppress its free-running frequency noise, thereby stabilizing the laser. The stabilized laser is then used to interrogate a FFP sensor whose PDH error signal yields the instantaneous fiber strain.     

All-optical active mode locking with a nonlinear semiconductor modulator

All-optical active mode locking of a picosecond Nd:YVO(4) laser is demonstrated by use of an intracavity semiconductor nonlinear Fabry-Perot mirror. The reflectivity of the Fabry-Perot mirror is modulated by optical carrier injection. Depending on the carrier recombination time, the width of the Nd:YVO(4) laser pulses varies from 6 to 20 ps, as is typical for passively mode-locked Nd:YVO(4) lasers.     

基于回音壁模式微球腔的PDH稳频技术

光学微球腔因其回音壁模式可获得极高的品质因数而受到广泛关注.本文分析了Fabry-Perot腔和微球腔的基本原理,通过CO2激光熔融光纤实验制得了直径为1.2 mm的微球腔,并测试了微球腔和锥形光纤耦合结构的耦合特性.采用典型的PDH稳频系统设计了基于微球腔的稳频系统,分析了用于鉴频的误差曲线的吸收特性和色散特性,对比了不同调制频率、微球腔直径、耦合损耗、传输损耗下与误差曲线斜率的关系.结果表明:耦合状态下最大Q值可达到1.1×108,调节微球腔内横磁模和横电模的转换可优化耦合效率,匹配微球腔和锥形光纤的尺寸得到了径向二阶模式的透射谱,误差曲线效率达到15.4A mW/MHz.球腔在提高PDH稳频技术灵敏度上具有巨大潜力.     

Locking of a flashlamp-pumped dye laser at small injection powers

Experiments have been carried out on the injection-locking of a pulsed dye laser to an argon-laser-pumped CW dye laser of 50 MHz linewidth without longitudinal mode matching. With the inclusion of a Fabry-Perot etalon within the ring laser arrangement of the pulsed laser, the initiation of injection locking and saturation occur at low injection powers.