本文關鍵詞：單模半導體激光器的光控光子邏輯門運算，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：自鎖定內(nèi)置外腔單模法布里-珀羅半導體激光器是近年來提出的一種單模輻射激光技術,由于其內(nèi)置外腔的設計結構和突出的光學特性引起業(yè)界人士的關注。和傳統(tǒng)多模半導體激光器相比,單模半導體激光器具有較寬的調諧范圍、單模輻射、自鎖定、高邊模抑制比、價格便宜、功耗低和閾值低等光學性能而被應用在光開關、波長轉換和光調制等光學技術應用領域,并表現(xiàn)出卓越的工作性能。但由于單模半導體激光器作為一種新型結構的激光器,具體的工作物理機制和實際應用還需要進一步探索深入。因此,本論文主要以單模法布里-珀羅半導體激光器為核心元件來執(zhí)行光控光子邏輯門運算操作。首先,介紹了單模激光器的設計結構和實現(xiàn)單模輻射的工作原理,單模輻射的主導模波長與功率與激活區(qū)的注入電流和操作溫度相關。根據(jù)激光腔模式的共振工作特性,給出了具有時延反饋的外腔半導體激光器的光子數(shù)、相位和自由載流子數(shù)的速率方程。在外部激光注入單模半導體激光器后,注入鎖定和雙穩(wěn)磁滯特性是激光器展寬應用的兩個基本光學特征。通過恰當調節(jié)注入功率和波長失諧,激光器被鎖定在注入激光模上,激光器本身的主導模和其他激光器邊模的功率被抑制。當注入激光模的波長失諧為正時(注入激光模波長大于對應的激光邊模波長),在注入鎖定條件下激光共振模發(fā)生紅移;反之,當注入激光模的波長失諧為零或為負時(注入激光模波長小于對應的激光邊模波長),注入激光模與對應的激光邊模共同作用后將迅速消耗載流子使激光器本身的主導模功率迅速降低,整個激光器鎖定在對應的激光邊模處,其他激光共振模波長不發(fā)生任何變化,但和正波長失諧的注入鎖定比較而言,正波長失諧條件下獲得鎖定激光譜具有更高的邊模抑制比。雙穩(wěn)是由于激光諧振腔的光反饋所導致,隨波長失諧和注入功率的變化,激光器本身的主導模和注入激光模都能呈現(xiàn)明顯的雙穩(wěn)磁滯現(xiàn)象,但波長失諧越大,與注入功率相關的雙穩(wěn)磁滯環(huán)就越寬。應用注入鎖定原理,實現(xiàn)了基于單模半導體激光器的光控光子邏輯門運算,在邏輯運算中,單模激光器本身的主導模作為目標信號波長,另外由三臺不同的連續(xù)激光器發(fā)射的激光分別作為控制光和兩束信號光,實際操作中,控制光的邏輯狀態(tài)將決定兩束信號光與目標信號之間是否能實現(xiàn)有效的邏輯運算。當控制光為邏輯“1”信號時,注入信號光與目標信號之間的邏輯運算被打開;當控制光調節(jié)到邏輯“0”狀態(tài)時,信號光與目標信號之間的邏輯運算將失效。通過調節(jié)注入控制光和信號光的功率與波長失諧,實現(xiàn)了有效的光控邏輯與非門、或非門和非門的邏輯運算。通過本論文的研究,將進一步促進單模半導體激光器在光計算和光網(wǎng)絡等光學技術中的應用。
【關鍵詞】：單模半導體激光器 注入鎖定 雙穩(wěn)磁滯 邏輯門 波長失諧
【學位授予單位】：重慶師范大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TN248.4
【目錄】：

• 中文摘要5-7
• 英文摘要7-10
• 1 引言10-19
• 1.1 單模半導體激光器在波長轉換的應用背景11-12
• 1.2 單模半導體激光器在邏輯運算的背景12-14
• 1.3 單模半導體激光器在光開關中的運用背景14-16
• 1.4 單模半導體激光器在觸發(fā)器中的運用背景16-19
• 2 單模半導體激光器結構和原理19-27
• 2.1 激光器結構19-22
• 2.2 操作溫度和注入電流對輻射模影響22-23
• 2.3 理論模型23-26
• 2.4 本章小結26-27
• 3 注入鎖定與雙穩(wěn)現(xiàn)象27-38
• 3.1 注入鎖定現(xiàn)象27-33
• 3.2 雙穩(wěn)磁滯現(xiàn)象33-37
• 3.3 本章小結37-38
• 4.光控光學邏輯門運算38-46
• 4.1 實驗結構框圖38-39
• 4.2 光控邏輯與非門39-42
• 4.3 光控邏輯或非門42-44
• 4.4 光控非門44-45
• 4.5 本章小結45-46
• 5 總結46-47
• 參考文獻47-50
• 附錄：作者攻讀碩士學位期間發(fā)表論文及科研情況50-51
• 致謝51

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