光反饋垂直腔面發(fā)射激光器的動(dòng)態(tài)特性.pdf

1、垂直腔面發(fā)射激光器(VCSELs)具有體積小、閾值電流低、功耗小、發(fā)散角小、單縱模、與光纖耦合效率高以及易實(shí)現(xiàn)二維集成等優(yōu)點(diǎn)，因此，在光通信、光儲(chǔ)存、光互聯(lián)、光檢測(cè)和光傳感等領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用前景。然而在實(shí)際應(yīng)用中，普遍存在外光反饋的問題，微量的反饋光就可使激光器出現(xiàn)復(fù)雜的非線性動(dòng)力學(xué)現(xiàn)象，對(duì)系統(tǒng)的性能影響很大。因此，對(duì)該問題的研究有助于深入揭示這類激光器在外部擾動(dòng)下的物理和光學(xué)動(dòng)態(tài)特性，使之成為光通信和光測(cè)量等領(lǐng)域的理想光源。本文研究的

2、目的在于：通過考慮垂直腔面發(fā)射激光器的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和光反饋的影響，深入分析外部光反饋下垂直腔面發(fā)射激光器呈現(xiàn)的動(dòng)態(tài)特性，探究這些復(fù)雜的外在表現(xiàn)形式和內(nèi)在的物理原因，同時(shí)用垂直腔面發(fā)射激光器的相干長(zhǎng)度來表征其相干特性的變化趨勢(shì)，并探尋相應(yīng)的調(diào)控措施。為獲得相干長(zhǎng)度可控的理想光源奠定了良好的基礎(chǔ)。本文利用了包含反饋項(xiàng)的Lang-Kobayashi速率方程來描述垂直腔面發(fā)射激光器，對(duì)長(zhǎng)腔光反饋垂直腔面發(fā)射激光器的動(dòng)態(tài)特性進(jìn)行了分析，同時(shí)研究了垂直

3、腔面發(fā)射激光器相干長(zhǎng)度的調(diào)控。具體工作如下：
　　 ⑴在回顧垂直腔面發(fā)射激光器發(fā)展的基礎(chǔ)上，簡(jiǎn)要介紹其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，并概括性的闡述了光反饋垂直腔面發(fā)射激光器動(dòng)態(tài)特性的研究現(xiàn)狀。
　　 ⑵理論分析了光反饋下外腔長(zhǎng)、反饋強(qiáng)度、偏置電流及激光器內(nèi)部參數(shù)對(duì)垂直腔面發(fā)射激光器動(dòng)態(tài)特性的影響。研究并比較了不同光反饋強(qiáng)度下垂直腔面發(fā)射激光器的輸出狀態(tài)。同時(shí)分析了不同偏置電流下垂直腔面發(fā)射激光器由周期態(tài)進(jìn)入混沌的不同路徑。研究發(fā)現(xiàn)，垂直腔面

4、激光器的外腔長(zhǎng)度以極小的值增加時(shí)，系統(tǒng)輸出的光功率存在半個(gè)波長(zhǎng)的周期性變化。并且隨反饋強(qiáng)度的增加，垂直腔面激光器的輸出最終會(huì)進(jìn)入穩(wěn)定的混沌狀態(tài)，而在混沌狀態(tài)下受偏置電流的影響不大。另外通過改變激光器內(nèi)部參數(shù)值的措施，可以有效控制垂直腔面發(fā)射激光器的動(dòng)態(tài)特性。
　　 ⑶利用數(shù)值模擬證實(shí)并實(shí)現(xiàn)了長(zhǎng)腔反饋對(duì)垂直腔面發(fā)射激光器相干長(zhǎng)度的調(diào)控作用。具體分析了反饋強(qiáng)度和偏置電流對(duì)垂直腔面發(fā)射激光器相干長(zhǎng)度的不同影響，同時(shí)，利用反饋的方法，獲