光注入与光电正反馈共同作用下vcsels的动力学特性分析

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1、^’“一■，t伽广西雨大学硕十学位论文Abstractnegativefi'cqucncydctuning,theregionofchaoticstateisexpandedsignificantlyunderpositive厶1，．Forafixed厶’，，theinfluencesof厂and卵onthechaoticbandwidthofS-VCSELhavebeendiscussed．Throughselectingproperfandr／，chaoticbandwidthofS·VCSELcallbeimprovedobviouslyKeywords：Vertic

2、al—cavitysurface-emittinglaser(VCSEL)，positiveoptoelectronicfeedback,opticalinjection,chaoticbandwidth^l也，西南人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)的发展激光(Lasers)本意是受激辐射放大所产生的光。它的产生和发展是许多科学家智慧的结晶。世界上第一台激光器于1960年制成，它的制造产生归功于早期的科学家们的众多努力，普朗克(Planck)于1900年解释黑体辐射的困难提出能量不连续和原子振子的概念。1905年爱因斯坦把能量不连续理论扩展

3、到光量子论中，在12年之后进一步提出了受激发射(Stimulatedemission)的概念，为激光的产生奠定了理论基础。上世纪五十年代初R．VPound和E．M．purcell在具体的实验中实现了“粒子数反转’’。之后美国科学家汤斯和肖洛观察到，他们在用闪光灯发出的光照射到一种稀土晶体上时，最终一束始终汇聚的强光由晶体分子发出，于是提出了“激光原理”这一概念。受激辐射可以得到一种亮度又非常高、单色性又好的新型光源。1960年，梅曼(T．H．Maiman)发明了世界第一台激光器n1，并且成功利用发光度极高的脉冲氙灯当作激发源，获得历史上的第一束激光。在不同功率、不同激励方式

4、、不同波长的各种激光器，激光器在各行各业多发挥着巨大的作用嘲。在最近的几十年里各种各样的激光器被制造出来，并且人们对其的理论研究也越来越深入。激光器里面较为广泛运用的是半导体激光器，而半导体激光器可分为垂直腔表面发射激光器和边发射激光器，而在这两者里面VCSELs(verticalcavitysurfaceemittinglasers)即垂直腔表面发射激光器是其中的佼佼者。VCSELs是一类谐振腔表面与出光方向相互垂直的激光器，因而它相对于边沿发射型激光器具有众多优势：如VCSELs在制造的过程中就可在芯片上对其品质进行测试，从而依据检测结果及时排除故障，这也就在根本上大大

5、的降低了大批量生产激光器的成本；同时VCSELs拥有比边发射激光器较大的激光出射孔径，并且其输出的光束还拥有较低的发散角，因而就十分容易同单模、多模等各种类光纤进行较好的耦合连接；并且还可以使VCSELs做成一维、二维激光器的阵列组，从而利用VCSELs激光器件便可以提供高效快速的并联的光纤通信传输。垂直腔表面发射激光器(VCSELs)这一概念是由日本东京工业大学的伊贺健一等人于1977年提出的，随后该课题组对VCSELs进行了较深入研究，并于1979年制造出了第一个VCSELs。之后该课题组通过自己的努力在1986年发明出了阈值低于6mA脉冲式工作的嵌入式构造的GaAs的

6、垂直腔表面发射激光器b】。在随后的几年内伊贺健一等人又成功的利用化学方法发明了能连续运行GaAs的垂直腔表面1‰，．西南大学硕{j学位论文第一荦绪论发射激光器Ⅲ1，这一系列的研究发明成果，都为VCSELs在实际中的应用打下了重要的基础。在第一台VCSEL发明后的几十年，随着光计算和光互联发展，世界上许多的科研工作者VCSELs的制造工艺上进行了较深入细致的研究，VCSELs第一次得到了快速的发展，而在新世纪初，在光通信技术迅猛发展的激励下，VCSELs再一次得到了迅猛的发展。1．2垂直腔表面发射激光器(VCSELs)的原理及构造垂直腔表面发射激光器(VCSELs)相对于传统

7、的边发射激光器(EELs)，对于腔体构造来说，边发射激光器的激光输出总是在水平方向，即与衬底片平行的方向射出光，而对于VCSEI_s却是在芯片的上下两个表面分别镀上反射膜所构成的垂直方向的腔，光的输出方向总是沿着垂直于衬底片的方向。一(a)(b)图1．1边发射激光器(EELs)与垂直腔表面发射激光器(VCSELs)的结构图其中图1．1分别为EELs和VCSELs的结构示意图。VCSELs主要由衬底(substrate)、较薄的有源层(activelayer)和金属镀层(metalcoating)所组成的光学谐振腔，