外部扰动下vcsels的偏振开关与双稳定特性分析

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1、西南大学硕士学位论文Abstractswitching(PS)，whichcanleadthebistableregionedgesofpositivescansappearfluctuate．Forafixedsweepingrateoftheinjectioncoefficient，withtheincreaseofthefeedbackstrength，thehysteresiswidthwillnarrow．UnderthecasethatthereexistsfrequencydetuningAv(=vm_vs，俨and矿arethefreenmningfrequenciesofM—

2、VCSELandS-VCSEL，respectively)betweentheM-VCSELandS-VCSEL，withtheincreaseofAvfromnegativevaluetopositivevalue，thehysteresiswidthnarrowsfirstly,afterreachesaminimum，andwideI】_sfinally．Bistableloopwidthappearlargerfluctuationwhenfrequencydetuningliesbetween-2GHz～-12GHzwithnofeedback，andthefluctuationCa

3、nbesuppressedtosomeextentafterintroducingopticalfeedback．Therefore，bycontrollingthescanningrateoftime-varyinginjectioncoefficient，opticalfeedbackcoefficientandthefrequencydifferencesbetweenM-VCSELandS-VCSEL，thepolarizationbistablesizeandthepolarizationswitchpositionwilladjustable．Keywords：Vertical-c

4、avitysurfaceemittinglasers(VCSELs)；orthogonalopticalinjection；opticalfeedback；polarizationswitching；bistabilityIII西雨大学硕士学位论文第一章绪论1．1垂直腔表面发射激光器(VCSELs)fl勺发展历史概述一般情况下，激光器可以分为两类，一类是传统的边发射激光器，这类激光器发射的激光是沿着衬底的方向发射出来的(图a)；另一类是垂直腔表面发射激光器(Vertical-CavitySurface．EmittingLaser，VCSELs)，顾名思义这类激光器的激光出射方向是垂直于衬底方向

5、的(图b)。相对于边发射激光器，垂直腔表面发射激光器具有低阈值电流、较大的调制带宽、圆形输出光斑，单纵模输出以及易于集成等优点，因此它有望取代传统的边发射激光器而成为光通信、光互连、光存储，光逻辑运算等领域的关键器件。20世纪70年代日本科学家H．Soda和K．Iga等人首先提出了垂直腔表面发射激光器(VCSELs)的概念，并于1988年研制出首枚VCSELs器件【IJ。之后它的发展便如雨后春笋般的展开，二十年来其结构、材料、波长等应用领域都得到了迅猛的发展。(a)(b)图1．1边发射激光器(a)与垂直腔面发射激光器(b)对比图世界上第一台VCSEL的研制采用的是液相外延技术，即它的有源层和端

6、面反射镜材料分别采用的是InGaAsP／InP材料和金属合金材料【2】。然而第一台VCSEL有一些明显的不足，如阈值电流高、工作温度低、不能长时间工作等。正是由于这些缺陷使得第一台VCSEL在现实生活中难以得到实际运用。之后研究者们的工作重点都紧紧围绕这三个问题而展开，经过多年的研究与努力，VCSELs的缺陷得到进一步的弥补，并使得它在实际运用过程中得到了广泛运用，成为当今光通信，光存储等领域的热点。自1984年第一款室温下工作的面射型激光器由伊贺实验室做出后，1991年实现了波长为980nm构成材料为GaAs／InGaAs室温连续工作的VCSELE引。同时与光纤的低色散窗口和低损耗窗口相对应

7、的长波长激光器也得到了相继发展，1993年实现了波长为1310nm构成材料为InGaAsP／InP室温连续工作的VCSEL【4】。1994年又实现了波长为1550nm室温连续工作的VCSEL[51。由于长波长激光器具有色散低，损耗小等优势使其在高速长距离光纤通信中逐渐得到普及。之后为了适应高速光通信网络和并行光互连技术的需求，人们又相继推出了二维VCSEL列阵、高密度VCSEL列阵，多波长VCSE