平行光注入下1550nm垂直腔面发射激光器的偏振开关和双稳特性研究

论文摘要

相比于传统的边发射半导体激光器（EELs）,垂直腔面发射激光器（VCSELs）具有制作成本低廉、阈值电流低、调制带宽大、单纵模运行、圆形光输出、易于二维集成等优势,因此在光通信与光存储等领域的应用前景广阔。由于VCSELs的有源区为圆柱形对称结构,同时材料本身又具有弱各向异性,因此VCSELs可激射两个沿晶格方向且彼此正交的线偏振模式,其中输出功率较大的称为主导偏振模式。通过改变激光器的偏置电流、温度或者引入外部扰动（如光电反馈、光反馈、电流调制、光注入）的方式,VCSELs输出的主导偏振模式有可能转换到与其正交的另一个偏振模式,即引起偏振开关（Polarization switch,PS）。进一步地,当引起VCSELs呈现PS的系统参量沿不同变化路径变化时,发生PS的该参量值可能不同,此时即出现偏振双稳（Polarization bistability,PB）现象。VCSELs的PS和PB现象因在光互联、光信息处理、光学开关等方面的潜在应用,已成为当前研究热点之一。近些年来,对光注入VCSELs呈现的PS和PB特性已有大量报道,但主要集中在正交光注入和可变光注入的情形,而平行光注入VCSELs的PS特性也有大量报道,但是平行光注入VCSELs的PB特性的研究比较缺乏。在平行光注入条件下,可控参量为注入光功率和频率,因此通过变化这两个参量均可能使1550 nm-VCSELs出现PS和PB现象。平行光注入1550 nm-VCSELs下注入光功率引起的PB特性已有相关报道,而注入光频率沿不同变化路径所引起1550 nm-VCSELs的PB特性方面的报道很少,仅本课题组开展了初步的理论研究工作,而相关的实验研究结果还未见报道。基于此,本文实验研究了平行光注入条件下注入光频率变化引起的1550 nm-VCSEL呈现的PS特性,并以与主导模式正交的偏振模式为例,讨论了注入光频率沿不同变化路径变化诱导的PB特性。研究结果表明:对于自由运行时主导偏振模式的频率为ν0的1550 nm-VCSEL,当引入频率失谐为?ν(?ν=νinj–ν0,νinj为注入光频率)的外部光平行注入,通过增加或连续减小?ν可诱导1550 nm-VCSEL发生I类PS（主导偏振模式从较短波长的Y偏振模式（Y-PM）转换到较长波长的X偏振模式（X-PM））和II类PS（主导偏振模式从X-PM转换到Y-PM）;发生PS所需的?ν值与变化路径有关,即存在PB现象,在负失谐区域可观察到两个PB区域;激光器偏置电流和注入光功率对两个PB区域宽度具有明显影响。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
•   1.1 半导体激光器的发展与应用
•     1.1.1 半导体激光器的发展
•     1.1.2 半导体激光器的应用
•   1.2 半导体激光器的结构和特点
•     1.2.1 边发射激光器（EELs）的结构和特点
•     1.2.2 垂直腔面发射激光器（VCSELs）的结构和特点
•   1.3 垂直腔面发射激光器（VCSELs）的偏振特性及研究现状
•   1.4 本文研究的内容及意义
• 第2章 VCSELs的基本理论
•   2.1 引言
•   2.2 VCSELs的理论模型
•     2.2.1 L-K速率方程
•     2.2.2 自旋反转模型（Spin-Flip Model,SFM）
•   2.3 光注入VCSELs的速率方程
•   2.4 光注入VCSELs的相关特性
•     2.4.1 光注入VCSELs呈现的非线性动力学特性
•     2.4.2 光注入VCSELs产生的注入锁定特性
•     2.4.3 光注入VCSELs产生的PS和 PB特性
•   2.5 本章小结
• 第3章 平行光注入下VCSELs的偏振开关和双稳特性研究
•   3.1 引言
•   3.2 实验装置
•   3.3 实验结果与讨论
•     3.3.1 注入光频率变化诱导的偏振开关和偏振双稳
•     3.3.2 不同偏置电流下,注入功率对频率诱导PS和 PB特性的影响
•   3.4 本章小结
• 第4章 结束语
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士期间发表的论文

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 贺长安

导师: 吴正茂

关键词: 垂直腔面发射激光器,平行光注入,偏振开关,偏振双稳

来源: 西南大学

年度: 2019

分类: 基础科学,信息科技

专业: 物理学,无线电电子学

单位: 西南大学

分类号: TN248

总页数: 51

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