资源描述：
《短外腔偏振旋转光反馈下nm垂直腔面发射激光器的动力学特性研究》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。
1、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∗王小发1)†李骏2)1)(重庆邮电大学光电工程学院,重庆400065)2)(重庆医药高等专科学校基础部,重庆401331)(2013年8月2日收到;2013年8月29日收到修改稿)基于扩展的自旋反转模型,对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
2、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.关键词:1550nm垂直腔面发射激光器,短外腔,偏振旋转光反馈,动力学特性PACS:42.55.Px,42.81.Gs,42.65.SfDOI:10.7498/aps.63.0142031引言20世纪80年代以来,半导体激光器的非线性动力学获得了广泛关注,其中单周期
3、、倍周期、准周期、混沌等各种动力学状态以及产生混沌的各种路径都获得了较好的研究[1−5].在相关应用领域,研究进展尤为突出的是光混沌保密通信技术,利用延时光反馈(或光电反馈)[6−13]、光注入[14−17]等手段获得混沌保密通信中所需的具有宽带宽、平坦功率谱、衰减迅速的自相关系数、高维度的李雅普若夫指数以及高信息熵值的混沌载波是当前研究的热点问题,目前相关实验室已经成功实现了光混沌保密通信的稳定运行[18].就具体的外腔延时光反馈系统而言,外腔长度是影响动力学特性的一个重要因素.一般情况下按外腔频率(νEC)与激光器自由运行时的弛豫振荡频率(νRO)的关系来划分,可以将延时光反馈
4、分为两个区域:短外腔区(shortcavityregime,SCR)(νEC>νRO)和长外腔区(longcavityregime,LCR)(νEC<νRO)[19−21].到目前为止,大数多的研究集中在LCR区,在该区中,中等反馈强度和中等偏置电流下就能够获得混沌保密通信所需的混沌载波.但是出于安全性和实际应用的要求,必须对LCR区存在的两个主要缺陷(即长的自相关时间和有限的带宽)进行权衡,而这两个缺陷在SCR区却能够完全被克服,原因是由于SCR区具有更短的外腔长度,即外腔往返时间可以和νRO的周期接近、甚至更短.因此在SCR区,激光器输出的动力学状态由于更加依赖于外腔长度,能呈现
5、更为丰富的动力学状态(比如会出现规则的脉冲包络现象)[21].此外,SCR区还能产生超高维度的混沌态[22],因此与LCR区相比,该区具有更广泛的应用价值.∗国家自然科学基金(批准号:11304409)、重庆市自然科学基金(批准号:CSTC2013icyjA40004)和重庆邮电大学自然科学基金(批准号:A2012-24)资助的课题.†通讯作者.E-mail:wangxf@cqupt.edu.cn©2014中国物理学会ChinesePhysicalSocietyhttp://wulixb.iphy.ac.cn在早期的研究中,用于开展动力学特征相关研究的半导体激光器主要为传统的边发射半
6、导体激光器(edge-emittinglasers,EELs)[21].然而由于EELs在实际应用中存在固有的缺陷,研究热点逐渐转移向新兴的垂直腔面发射激光器(vertical-cavitysurface-emittinglasers,VCSELs).VCSELs因其具有低阈值电流、易于实现单纵模光输出、大的调制带宽、圆形光输出、易集成而形成激光阵列、且制作成本低廉等优势,有望在很大范围内取代传统的EELs[23−27].但是由于VCSELs有源区中存在弱的各向异性,常常会发射两相互正交的线偏振光之一,因此动力学中会呈现复杂的偏振特性.目前各种延时光反馈下850nmVCSELs的动力
7、学特性已经获得了广泛研究,该器件已经成为偏振混沌的理想激发源[27].但是长波长VCSELs的研究才刚刚开始,最近激射波长位于硅基光纤最小损耗窗(1550nm波段)的VCSELs在制造工艺方面取得了突破性进展[28],初步研究结果揭示长波长VCSELs与短波长VCSELs在结构和输出特性上存在较大差异:特别是两线偏振模之间的频率间隔(由线性双折射因子γp引起)相差较大(长波长比短波长大几十倍),这导致1550nmVCSELs在自由运行时很难观察到短波长中常
