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.     

基于光电负反馈的光注入1550nm垂直腔面发射激光器产生窄线宽微波信号

基于1 550nm垂直腔面发射激光器在平行偏振光注入下呈现的单周期非线性动力学状态,进一步引入光电负反馈,得到了高质量的微波信号.实验研究结果表明:平行偏振光注入下,通过调节注入光的注入强度及频率,1 550nm垂直腔面发射激光器可呈现注入锁定、单周期、倍周期、混沌等多种非线性动力学状态;在合适的注入参量下,平行偏振光注入1 550nm垂直腔面发射激光器可产生光谱具有单边带结构、频率超过10GHz的光子微波信号,但该微波信号的线宽较宽(达MHz量级);进一步引入光电负反馈后,通过选取合适的光电反馈强度,可将该微波信号的线宽减小至一百多kHz(减小两个量级以上);在选择优化的反馈强度条件下,仅通过简单调节注入光强度,可实现窄线宽光子微波信号的频率在一定范围内连续可调谐.     

基于椭圆偏振光注入垂直腔表面发射激光器的正交偏振模式单周期振荡产生两路光子微波

提出了基于椭圆偏振光注入下垂直腔表面发射激光器(VCSEL)输出的正交偏振模式单周期(P1)振荡来同时获取两路光子微波的实现方案, 并进行了相关仿真研究. 结果表明: 在合适的参数条件下, 一个自由运行的VCSEL(定义为主VCSEL, M-VCSEL)可输出椭圆偏振光, 其X偏振分量和Y 偏振分量具有相同的激射频率; 将M-VCSEL输出的椭圆偏振光注入到另外一个VCSEL(定义为副VCSEL, S-VCSEL), 在给定主副VCSEL间频率失谐的条件下, 通过选择合适的注入强度可使S-VCSEL 中两个偏振分量均呈现单周期(P1)振荡, 从而可获得两正交的光子微波信号; 随着注入强度的增加, 光子微波的频率以及功率均呈现增加的趋势; 结合微波频率、功率以及输出光谱中第一边带和第二边带的幅度差在由注入强度和频率失谐所构成参数空间下的分布图, 可确定获取高品质微波信号的优化注入参数范围.     

表面等离子体调制的纳米孔径垂直腔面发射激光器

在普通850nm垂直腔面发射激光器基础上制备了表面等离子体调制的纳米孔径垂直腔面发射激光器.当小孔直径为200nm，周围光栅的周期为400nm时，在15mA驱动电流下最大输出光功率达到了0.3mW.介绍了该器件的制备工艺，并从实验和理论两方面分析了周期性光栅结构对光束的约束作用.     

高功率1550 nm氧化限制型VCSEL设计与仿真

1 550 nm垂直腔面发射激光器具有良好的人眼安全性和透射性,但实现其高效率和高功率输出一直是难以解决的问题。以1 550 nm氧化限制型垂直腔面发射激光器为研究目标,对不同结构、不同氧化孔径与输出特性关系进行仿真分析。随着氧化孔径增加,垂直腔面发射激光器芯片的激射波长发生红移现象,但氧化孔径从14μm继续增大时,激射波长几乎不红移。对两种不同氧化限制结构的芯片进行仿真,输出功率和转换效率对比结果表明单氧化层结构性能更好。在设计多结垂直腔面发射激光器时考虑有源区之间是否增加氧化层,最终发现两种氧化限制结构均在9μm孔径时具有较高的输出功率,单层结构100 mA时的输出功率约为177.55 mW,同时斜率效率也高达1.79 W/A,最大功率转换效率为10μm孔径时的37.7%,多层结构斜率效率更高达2.36 W/A。氧化限制型结构在多结垂直腔面发射激光器基础上进一步提升功率、效率等参数,可为高功率1 550 nm垂直腔面发射激光器的输出特性优化提供参考。     

矩形结构垂直腔顶发射激光器的偏振特性

为了获得高功率的偏振激光,对矩形结构的980 nm大口径顶发射垂直腔面发射激光器(VCSEL)进行了研究.实验结果显示,对于400 μm×80μm出光口径的矩形VCSEL器件,在工作电流内,水平偏振光和竖直偏振光共同存在,并且水平偏振光一直占据主导地位;而且水平偏振光的光谱相对于竖直偏振光有蓝移.这些现象和理论模型的分...     

基于VCSEL的光储备池计算实验研究（特邀）

结合时延储备池计算和垂直腔面发射激光器,基于现有的光纤光学平台,对以1 550 nm波段垂直腔面发射激光器为非线性节点的时延光储备池计算系统进行了实验研究。结果表明,在该实验系统中可以分别成功地实现单个Santa-Fe混沌时间序列预测任务以及单个非线性信道均衡任务。基于垂直腔面发射激光器在特定参数条件下能实现双模共存,进一步在该系统中垂直腔面发射激光器的两个偏振模式中同时注入外部信号,成功地完成了Santa-Fe混沌时间序列预测和非线性信道均衡任务的并行处理,但是整体性能要弱于单任务处理性能;除此之外,并行任务的性能随着外光注入强度的增加而得到改善,其中注入强度比率大的一方性能更好。     

采用铯原子偏振光谱对894.6nm外腔式半导体激光器稳频的实验研究

通过铯原子D_1线超精细跃迁能级的偏振光谱获得鉴频曲线,利用电子伺服系统将鉴频曲线反馈到894.6nm外腔式半导体激光器的压电陶瓷上进行锁定。由于偏振光谱技术不需要对激光器进行调制,因此不会带来额外的噪声。激光器自由运转400s内频率起伏为2.35 MHz,采用偏振光谱锁定激光器后400s内频率起伏为0.95 MHz,有效抑制了激光器的频率起伏。     

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     

表面液晶-垂直腔面发射激光器温度特性的研究

本文利用向列相液晶层作为激光偏振调控单元,涂覆于垂直腔面发射激光器（VCSEL）表面,测量并分析了不同温度下VCSEL正交线偏振光的阈值电流、峰值光功率和I-P特性. 实验结果表明：温度为293 K时,涂覆液晶后激光偏振第一跳变点和第二跳变点之间的电流值ΔI增大了2.2 mA,比无液晶时增大1倍. 温度为313 K、注入电流为3 mA时,两种正交线偏振光的光功率差ΔP由133.6 μW增大到248.8 μW,进一步增加了线偏振光的各向异性. 表面液晶层的引入有效地扩大了VCSEL的正交线偏振态稳定范围和光功率差,为实现液晶VCSEL高温单偏振稳定的设计和器件制备提供了理论和实验基础. 关键词： 垂直腔面发射激光器 向列相液晶 偏振态     

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     

垂直腔面发射激光器低温光电特性

垂直腔面发射激光器通常被用作常温下850 nm波段短波长短距离光互连领域的激光光源,多在室温下进行测试和使用.在低温环境下垂直腔面发射激光器工作状态的表征是本文的研究重点.我们表征了在不同温度下直流驱动垂直腔面发射激光器的发光光谱和10%占空比脉冲电流驱动垂直腔面发射激光器的发光光谱和功率-电流-电压曲线.通过测试激光器在室温和10 K温度下性能的变化,证明了现有的垂直腔面发射激光器在低温下仍能工作,激光器在10 K低温环境下仍可以作为光互连的光源使用,这一特点使得该激光器的应用范围可拓展至低温领域,预示着垂直腔面发射激光器在低温光互连系统中具有应用价值.     

空间振幅调制光谱偏振测量技术研究

空间振幅调制光谱偏振测量技术通过由光楔、偏振片组成的调制模块,将目标的偏振信息调制到与光谱维垂直的空间维,单次测量即可同时获取目标的偏振信息和光谱信息。首先阐述空间振幅调制光谱偏振测量技术的基本原理,然后利用空间调制光谱偏振仿真软件进行理论仿真,并且给出了具体的实验研究方案,通过对比理论模拟图像和实验图像,验证实验的可靠性。以Q=0,U=1,V=0和Q=1,U=0,V=0作为入射偏振光进行实验,在波长范围500～600 nm采样10组数据,利用最小二乘法对实验输出的偏振光进行偏振解调。结果表明：解调后入射光的线偏振度与参考入射光的误差值分别小于2.5%和4%,偏振角误差值小于1.8%和2%,验证了实验和算法的可行性,并对两组复合光楔中心误差对偏振测量的影响作了简要分析,结果表明中心误差对偏振分量Q和V的测量影响较大。     

双波长垂直腔面发射激光器及特性研究

基于光子晶体技术在一维光子晶体带隙内引入缺陷态模式,并对激光器谐振腔内部电磁场分布和共振波长进行调制,从而将单一波长分裂为双波长输出.最终制备出了一种新的具有双波长光谱输出特性的垂直腔面发射激光器,缺陷层为Al_0.8Ga_0.2As材料,厚度为5λ/4.所得到的双波长输出光谱具有低吸收损耗、输出波长容易控制及同方向垂直输出特性.同时,通过调整一维光子晶体的折射率差和缺陷层厚度可以有效调谐双波长的间距及输出波段.所设计的双波长垂直腔面发射激光器结构同样 关键词： 垂直腔面发射激光器 光子带隙 双波长     

基于偏振旋转耦合1550nm垂直腔面发射激光器环形系统产生多路高质量混沌信号

提出了一种基于三个单向偏振旋转耦合1550 nm垂直腔面发射激光器(1550 nm-VCSELs)构成的环形系统获取多路高质量混沌信号的方案.利用自旋反转模型,数值研究了该环形系统中三个VCSELs的偏振分辨非线性动力学特性;利用自相关和互信息方法讨论了注入强度和频率失谐对三个VCSELs中各偏振分量输出时间序列的时延特征(TDS)的影响.研究结果表明:通过选择合适的注入强度和频率失谐,三个VCSELs均可同时输出X-偏振分量(X-PC)和Y-偏振分量(Y-PC)的平均功率可比拟的混沌信号,而且这些混沌信号的TDS通过进一步优化耦合参数可得到较好的抑制.在此基础上,进一步对三个VCSELs输出的六路混沌信号之间的相关性进行了分析,给出了除同一VCSEL输出的X-PC与Y-PC之间存在较强的相关性外其他信号之前关联性较弱的参数范围.     

基于光学储备池计算的高速混沌保密通信的研究

利用一个带有光反馈和光注入的光泵浦自旋垂直腔表面发射激光器的两个混沌偏振分量形成两个并行储备池计算机.这些储备池用来学习另外一个光泵浦自旋垂直腔表面发射激光器(发射激光器)混沌动力学行为.训练基于自旋垂直腔表面发射激光器的储备池获得一个发射的偏振分量和它相应的训练储备池之间的高质量混沌同步.在这种高质量同步条件以及确保...     

双折射双频激光器偏振特性的分析

用激光原理和晶体光学原理分析了腔内加旋光晶体的激光器输出光的偏振特性，实验和分析表明，激光器输出两束不同频率的垂直线偏振光，激光器两端输出光的偏振面有一夹角ａ，且此夹角与晶轴和传光方向的夹角θ有关。理论计算结果在双折射双频激光器的实验结果符合很好。     

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     

双路光谱展宽的钛宝石飞秒光学频率梳系统

对中国计量科学研究院研制的第一代基于钛宝石飞秒激光器的光学频率梳系统进行了改进和优化. 通过对激光器重复频率、光谱展宽以及拍频信号探测等方面的改进,有效地降低了光谱展宽的复杂性,提高了飞秒光学频率梳系统的稳定性和激光频率测量的便捷性. 采用该光学频率梳系统对碘稳频532 nm和碘稳频633 nm激光绝对频率进行了测量,测量结果在国际推荐值的不确定度范围之内. 关键词： 光学频率计量 飞秒光学频率梳 光谱展宽     

掺镱硼酸钙氧钇飞秒激光器及在拉锥光纤中产生跨倍频程超连续光

跨倍频程超连续光谱的产生是光学频率梳系统中测量载波包络相移频率的关键.本文采用拉锥单模光纤作为非线性光谱展宽介质, 将半导体激光(LD)抽运的掺镱硼酸钙氧钇(Yb:YCOB)振荡器输出的飞秒激光耦合到该拉锥光纤中, 通过飞秒激光在光纤中发生的相位调制、四波混频等非线性效应将光谱展宽至超过倍频程的范围.振荡器输出的飞秒激光脉冲宽度为130 fs, 中心波长为1052 nm, 重复频率为76.8 MHz, 平均功率为620 mW, 耦合进单模拉锥光纤后获得了光谱覆盖范围从550 nm至1350 nm的跨倍频程超连续光谱, 最大输出平均功率为323 mW, 耦合效率达到52%.为进一步实现全固态飞秒激光光学频率梳提供了重要基础.