半導(dǎo)體激光器(Semiconductor lasers,SLs)因其體積小、成本低和可靠性高等優(yōu)勢,在通信、科技、研究和生活等領(lǐng)域都占有極其重要的地位。SLs在受到外部光注入時(shí)會(huì)呈現(xiàn)單周期、倍周期、準(zhǔn)周期和混沌振蕩以及偏振轉(zhuǎn)換和注入鎖定等一系列非線性動(dòng)力學(xué)現(xiàn)象,這些動(dòng)力學(xué)特性在光生微波、光保密通信、混沌雷達(dá)、光信息處理等方面有著巨大的應(yīng)用前景。垂直腔面發(fā)射激光器(Vertical-cavity surface-emitting laser,VCSEL)是一類發(fā)展較快的SL,具有閾值電流低、光纖耦合效率高、制作成本低廉以及易于集成高密度二維陣列等特點(diǎn),且外部擾動(dòng)下VCSEL發(fā)生的雙穩(wěn)現(xiàn)象在光學(xué)邏輯開關(guān)、光存儲(chǔ)、光互連等領(lǐng)域具有重要的應(yīng)用價(jià)值。研究表明,在系統(tǒng)可控參量沿不同路徑變化時(shí),平行光注入下的VCSEL會(huì)發(fā)生偏振態(tài)雙穩(wěn)(State bistability,SB)現(xiàn)象:即一種路徑下VCSEL只呈現(xiàn)注入鎖定(Injection locking,IL)或其他動(dòng)力學(xué)行為的單獨(dú)偏振模式狀態(tài),另一種路徑下VCSEL發(fā)生偏振轉(zhuǎn)換(Polarization switching,PS)呈現(xiàn)混合偏振模式狀態(tài)。目前,已有學(xué)者分別在實(shí)驗(yàn)和理論方面報(bào)道了一些相應(yīng)的研究成果,但可控參量對雙穩(wěn)環(huán)寬度的影響還沒有被詳細(xì)研究。本文利用理論和實(shí)驗(yàn)相結(jié)合的方式探索了平行光注入VCSEL的單模和混合模之間的SB現(xiàn)象�；谧孕崔D(zhuǎn)模型對SB特性進(jìn)行仿真分析,且注入光方向總是沿著自由運(yùn)行VCSEL的激射偏振方向。一方面,在注入光頻率小于激射偏振頻率的情況下,沿不同路徑變化注入強(qiáng)度(P_(inj))會(huì)導(dǎo)致VCSEL發(fā)生SB現(xiàn)象,即I類SB;進(jìn)一步地,分析了頻率失諧?ν(定義為注入光與自由運(yùn)行VCSEL激射模式的頻率差異)對雙穩(wěn)環(huán)的影響。對于不同的?ν,隨著|?ν|5 GHz的增大,較小P_(inj)處雙穩(wěn)環(huán)(H2)的寬度沒有較大的波動(dòng),而較大P_(inj)處雙穩(wěn)環(huán)(H1)的寬度呈現(xiàn)明顯增大的趨勢;此外,分析了逐漸增加P_(inj)的過程中自由運(yùn)行VCSEL被抑制模式發(fā)生開關(guān)所需的最小P_(inj),即開關(guān)點(diǎn),隨?ν的變化。另一方面,理論仿真了II類SB,即給定注入強(qiáng)度P_(inj),沿不同路徑變化?ν也會(huì)導(dǎo)致VCSEL呈現(xiàn)SB特性,并且兩個(gè)雙穩(wěn)環(huán)也都發(fā)生在?ν0的條件下。隨著P_(inj)的增大,較大|?ν|處雙穩(wěn)環(huán)(H4)的寬度呈現(xiàn)穩(wěn)定的遞增趨勢,而較小|?ν|處雙穩(wěn)環(huán)(H3)的寬度突然地增大到一定的值然后開始小幅度的遞減。在此基礎(chǔ)上實(shí)驗(yàn)觀測了平行光注入下VCSEL的I類SB現(xiàn)象。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:除去注入光的激光器端面反射部分對自由運(yùn)行VCSEL激射模式輸出強(qiáng)度的影響,所觀測到的I類SB的實(shí)驗(yàn)結(jié)果與理論仿真分析結(jié)果完全一致。
【學(xué)位單位】：西南大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：TN248.4
【部分圖文】：

單異質(zhì)結(jié)激光器的閾值電流密度約為 8000A/cm2，不同于同質(zhì)結(jié)的是，降低了 1 2個(gè)數(shù)量級(jí)。不久，阿爾費(fèi)羅夫等人就成功研制了雙異質(zhì)結(jié)構(gòu)半導(dǎo)體激光器[10]。在雙異質(zhì)結(jié)半導(dǎo)體激光器的兩側(cè)激活區(qū)分別有兩個(gè)異質(zhì)結(jié)，圖 1-1(c)就是其基本結(jié)構(gòu)。閾值電流密度又一次降低了 1 2 個(gè)數(shù)量級(jí)，也是半導(dǎo)體激光器進(jìn)入第三發(fā)展階段的標(biāo)志。自此以后，各種不同材料和結(jié)構(gòu)的雙異質(zhì)結(jié)構(gòu)半導(dǎo)體激光器不斷涌現(xiàn)，并且其各種性能都有很大的提高，在各個(gè)領(lǐng)域的應(yīng)用也不斷成熟，促進(jìn)了人類社會(huì)的發(fā)展。1.2.2 兩類發(fā)射方式的半導(dǎo)體激光器一般的半導(dǎo)體激光器的結(jié)構(gòu)都包括諧振腔、襯底、有源層，而諧振腔是器件的重要組成結(jié)構(gòu)，通常用襯底材料的晶體作解里面以此形成光學(xué)諧振腔或使用光柵結(jié)構(gòu)作為選擇性諧振腔。隨著結(jié)構(gòu)的優(yōu)化、制造技術(shù)和需求性能的提高，器件不同的結(jié)構(gòu)都有不同的發(fā)射方式。按發(fā)射方式進(jìn)行劃分，有兩種基本類型的半導(dǎo)體激光器：邊發(fā)射激光器和面發(fā)射激光器[11]。

1977 年日本東京工業(yè)大學(xué)的伊賀健一(Kenichi Iga)提出 VCSEL 一直作為新一代光存儲(chǔ)和光通信應(yīng)用的核心器件，其在各個(gè)領(lǐng)域中獲得了長足的進(jìn)展。在其發(fā)展的過程中，VCSEL 的圓形對稱光斑、易于二維集成、可調(diào)制性等依次被挖掘的獨(dú)特優(yōu)勢和性能，使其更好的生活。典型的 VCSEL 結(jié)構(gòu)是頂發(fā)射，結(jié)構(gòu)示意圖如圖 1-4 所示 在市場中的需求日益多樣化，國內(nèi)外各大公司和研究機(jī)構(gòu)不斷優(yōu)化 V及提高輸出功率。在未來，VCSEL 將會(huì)為我們的生活提供更多的便導(dǎo)體激光器的相關(guān)應(yīng)用信息化時(shí)代以來，半導(dǎo)體激光器作為半導(dǎo)體光電子技術(shù)的關(guān)鍵性器信息的載入、傳輸、處理、存儲(chǔ)和互聯(lián)等技術(shù)的發(fā)展有著巨大的貢獻(xiàn)器在很多應(yīng)用領(lǐng)域中都有涉獵，圖 1-5 給出了器件在一些主要的應(yīng)用波長、功率以及線寬范圍。下面就講述幾個(gè)典型的應(yīng)用領(lǐng)域[13-20]。 光纖通信。利用光纖傳輸攜帶信息的光波從而實(shí)現(xiàn)通信的目的，可圖 1-4 面發(fā)射激光器的結(jié)構(gòu)示意圖[12]

碩士學(xué)位論文 第 2 章 VCSEL 的基本理論L 的三種基本特性。入鎖定特性入鎖定是一種特殊且穩(wěn)定的動(dòng)力學(xué)特性，它可以窄化光譜、增強(qiáng)頻率啁啾[76-78]。最早提出的注入鎖定的理論是關(guān)于經(jīng)典振蕩器981 年 Kobayashi 和 Kimura 報(bào)道了激光器注入鎖定的第一個(gè)實(shí)驗(yàn)具有兩個(gè)偏振模式的從激光器而言，注入鎖定(即從激光器的偏激光器的頻率處的現(xiàn)象)被用來傳輸，而且大量的研究使其傳輸從理論基礎(chǔ)知識(shí)和半導(dǎo)體激光器的構(gòu)造原理方向解釋的話，光注和激光器偏振模式之間的模式競爭。系統(tǒng)中半導(dǎo)體激光器發(fā)生決于注入強(qiáng)度和頻率失諧，分別為主激光器注入到從激光器中光器振蕩頻率與從激光器振蕩頻率之間的頻率差。
【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前4條

1 李明月;何君;;國外軍用大功率半導(dǎo)體激光器的發(fā)展現(xiàn)狀[J];半導(dǎo)體技術(shù);2015年05期

2 李艷華;胡黎明;;半導(dǎo)體激光器在醫(yī)療領(lǐng)域的新應(yīng)用與進(jìn)展[J];光機(jī)電信息;2010年07期

3 王德,李學(xué)千;半導(dǎo)體激光器的最新進(jìn)展及其應(yīng)用現(xiàn)狀[J];光學(xué)精密工程;2001年03期

4 李學(xué)千;半導(dǎo)體激光器的最新進(jìn)展及其應(yīng)用[J];長春光學(xué)精密機(jī)械學(xué)院學(xué)報(bào);1997年04期

本文編號(hào)：2872016