延时光电反馈法实现半导体激光器的混沌控制

采用延时光电反馈法实现了半导体激光器的混沌控制.首先通过数值计算激光器的动力学方程,绘制了系统的最大李雅普诺大(Lyapunov)指数随注入电流调制强度的变化曲线,确定了激光器处于混沌态的参数区间[0.51,0.60].然后利用延时光电反馈方案实现了激光器的混沌控制.数值模拟表明,这种方案能够实现两类不同的混沌控制.第一,能将系统由混沌态控制到其固有的周期态,这类控制不改变系统原有的动力学行为;实现稳定控制以后,控制信号可以趋近于零,激光器的周期输出不需要控制信号来维持;第二,能将系统南混沌态控制到新的周期态,这类控制改变系统原有的动力学行为;实现稳定控制以后,控制信号不可以趋近于零,激光器的周期输出需要控制信号来维持.     

DBR微腔激光器典型参数的开关调制响应及控制

以微腔激光器的典型代表垂直腔面发射半导体激光器(VCSEL)为例，选择自发辐射因子为控制参数，数值模拟了大信号深度调制情形下VCSEL的非线性动力学特性，实现了类似于边缘发射激光器的分岔，周期加倍分岔，多稳和混沌状态的稳定控制，得到分岔点位置和周期轨道与控制参数的变化关系，以及相应地调制参量和自发辐射因子的取值范围，计算结果较好地拟合了文献实验结果。     

半导体激光器的混沌驱动同步

利用混沌驱动同步法研究了在电流调制下的半导体激光器的混沌同步。首先数值计算了系统最大Lyapunov指数随调制强度的变化情况,确定了激光器处于混沌态的参数区间。然后分别实现了同地激光器系统和异地激光器系统的混沌驱动同步。响应激光器间相关系数的数值计算表明,两种激光器系统均能达到很好的混沌同步。以三个响应激光器为例,将响应系统推广到多个激光器,并且实现了两种激光器系统的混沌同步。     

VCSELs高阶分岔及混沌行为的参数控制

基于自发辐射在微腔激光器中的独特性,利用参数开关调制控制混沌的理论和技术,对VCSELs实施高频大信号深度调制和混沌控制的数值模拟.结果表明,提高自发辐射因子可抑制VCSELs的非线性行为,通过对自发辐射因子的开关调制,可把系统由混沌状态控制到平衡态和nP周期轨道,同时给出了VCSELS各种稳定周期态、分岔数、分岔点位置和混沌带与调控参数之间的定量关系.     

半导体环形激光器高偏置电流下的动态特性

数值模拟了高的偏置电流下半导体环形激光器的动态特性,给出了不同反馈系数、偏置电流以及延迟时间下的混沌分叉图。详细的过程状态表明在不同参数下半导体环形激光器进入混沌的路径不同。结果发现半导体环形激光器在高的电流驱动下产生混沌信号具有高带宽的特点。并研究了不同的参数对混沌带宽的影响,发现在反馈系数为0.5时,混沌带宽可以达到18 GHz。     

利用光反馈半导体激光器产生超宽带混沌脉冲信号

提出了一种基于光反馈半导体激光器的混沌特性产生超宽带(UWB)信号的新方法。一个商用的通信波段半导体激光器在外腔光反馈下实现混沌振荡,输出连续波混沌激光,经由一个电吸收调制器后,被调制为一系列混沌脉冲信号。该混沌脉冲信号的频谱特性可通过调节半导体激光器的偏置电流和反馈强度进行控制。实验分别获得了中心频率为4.0 GHz、相对带宽为181%和214%的混沌脉冲UWB信号。进一步数值仿真了偏置电流和反馈系数对混沌脉冲UWB信号频谱特性的影响,实验结果与模拟验证相符。该方法实验装置简单,UWB信号频谱特性易控,可用作未来UWB光纤无线通信系统的光生微波信号发生装置。     

光注入MQW半导体激光器分岔及其动力学稳定性

研究外部光注入多量子阱激光器四维系统动力学行为及其分岔,数值模拟了外部光注入光强度、频差以及激光器线宽增强参数、驱动电流对分岔的影响,分别得到激光由分岔、周期、多周期进入混沌的过程以及激光混沌频谱.给出了多量子阱激光器静态锁模最大频域公式,导出了注入多量子阱激光器四维系统的一次近似下扰动方程和本征值方程及解,给出了该系统的Hopf分岔条件,理论和数值分析了系统的动力学稳定性行为,并进一步模拟得出激光单周期、双周期、六周期时振荡频率等值.     

光注入MQW半导体激光器分岔及其动力学稳定性

研究外部光注入多量子阱激光器四维系统动力学行为及其分岔,数值模拟了外部光注入光强度、频差以及激光器线宽增强参数、驱动电流对分岔的影响,分别得到激光由分岔、周期、多周期进入混沌的过程以及激光混沌频谱.给出了多量子阱激光器静态锁模最大频域公式,导出了注入多量子阱激光器四维系统的一次近似下扰动方程和本征值方程及解,给出了该系统的Hopf分岔条件,理论和数值分析了系统的动力学稳定性行为,并进一步模拟得出激光单周期、双周期、六周期时振荡频率等值.     

半导体激光器混沌相位共轭反馈控制方法

提出了半导体激光器混沌相位共轭反馈(PCF)控制方法,建立了相位共轭反馈控制条件下激光器电流激发混沌的物理模型,发现其混沌控制物理机制是相位共轭反馈影响改变了激光器非线性增益和线宽增强因子特性,控制了系统的动力学行为及频率特性,其影响程度与反馈系数、延迟时间和光线宽增强因子等有关。数值模拟结果表明,在不同强度的光反馈下,通过调节相位共轭反馈光的延迟时间可以控制混沌激光到周期态、双周期态、多周期态等;发现相位共轭反馈控制特点是反馈光场和输出激光处于相干增强状态去实现混沌控制,且能控制实现激光器功率增强的周期脉冲输出。     

考虑增益饱和及寄生参数的LD的模拟分析

基于包含增益饱和项的半导体激光器速率方程,分析了增益饱和因子和寄生参数对DFB激光器的动态特性的影响.建立了激光器用于数值计算的Simulink模型,对激光器的调制响应进行了数值分析;结合电子电路的特点,建立了一种考虑寄生参量的小信号等效电路模型,该模型将速率方程表征为由线性电路元件组成的电路模型;采用Matlab和PSpice两种软件模拟了该激光器的调制响应.结果表明张弛振荡频率和调制带宽随偏置电流的增加而增加,而增益饱和因子和寄生参数的存在使谐振频率衰减和带宽降低,同时也证明了所建模型的准确性和适用性.为改善DFB激光器的动态特性及优化设计器件结构参数提供了理论依据.     

自发辐射因子对VCSEL在大信号调制下的分岔及混沌行为的影响

在SIMULINK平台下开发了垂直腔面发射激光器 (VCSEL)的动态仿真模型 ,实施高频大信号调制情形下的动态仿真 ,避免了大信号近似处理 ,提高了计算精度。选择自发辐射因子为控制参量 ,定量分析它对VCSEL稳定性和分岔点的影响。结果表明 ,在所选参量条件下 ,自发辐射因子数值在 5× 10 -3 ～ 5× 10 -5之间时 ,随着调制深度的加深 ,VCSEL峰值光子密度产生分岔 ,呈现双稳、多周期 ,最后回到单周期 ;当小于 10 -5时 ,进入混沌状态的演变过程。同时分岔点的移动依赖于自发辐射因子的大小 ,调控自发辐射因子可以抑制系统的非线性行为。仿真结果与文献实验结果吻合     

奇偶反馈相位共轭腔垂直腔面发射激光器非线性系统的理论研究

针对垂直腔面发射激光器(VCSEL)与相位共轭镜(PCM)这一弱耦合系统,同时考虑到相位共轭镜奇次反馈产生共轭光,偶次反馈产生常规光这一不同于普通平面镜的奇偶效应,构建非即变相位共轭镜奇偶分开的多次反馈理论模型,对多次相位共轭反馈(PCF)下垂直腔面发射激光器非线性动力学行为进行了数值模拟。结果表明,由于引入了奇偶两种不同反馈类型,高次相位共轭镜反馈可明显改变垂直腔面发射激光器的输出动态,即使在弱反馈条件下也如此,而其对稳态特性的影响却恰恰相反。与只考虑一次反馈相比,考虑多次反馈后,弱反馈引起的系统不稳定明显被抑制,混沌区域变小并代之以稳定的倍周期态;而强反馈时,一次反馈对应的从混沌到三分岔的非线性演变方式,在二、三次反馈时分别变成了从倍周期到混沌和从准周期到混沌的演变过程。     

光栅外腔提高VCSEL微波调制效率实验研究

实验研究了垂直腔面发射激光器(vertical cavity surface emitting laser,VCSEL)在闪耀 光栅作为外腔反馈时的直流和微波调制特性。VCSEL底部端面和外部闪耀光栅组成法布里- 珀罗(Fabry-Perot,FP)腔,由于闪耀光栅的反馈作用,可以提高VCSEL微波调制效率。在VCSEL仅有直流 电流驱动时,实验观察到了频率与FP腔长有关的边带功率,调节FP腔长,使FP腔谐振频率与 微波调制频率耦合,可在相同微波功率下得到2倍的有效边带功率。研究结果表明,闪耀光 栅外腔VCSEL可以在较宽的输入较小微波功率范围内得到较高的有效边带功率。本文研究将 为微波调制VCSEL及其他半导体激光器应用提供一定的参考意义。     

垂直腔面发射激光器的内调制特性

面向芯片原子钟(Chip Scale Atomic Clock,CSAC)的垂直腔面发射激光器(Vertical Cavity Surface-Emitting Laser,VCSEL)通过微波调制产生具有特定光频差的相干激光,与原子作用后的跃迁谱线频率作为参考标准,最终可获取高精度的频率信号。因此,垂直腔面发射激光器在芯片原子钟系统中至关重要。介绍了VCSEL激光器的内调制原理,搭建了其内调制特性实验测试平台,开展了激光器对射频调制响应特性研究,记录了激光器边带信号随着注入电流和射频输出功率的变化情况,并分析了射频调制对激光器边带信号的影响特性以及Bogatov现象引起的边带不对称现象。实验结果显示:当射频信号频率为3.41734 GHz,注入电流为1.2 mA,射频输出功率为3.5 dBm时,可获得优化的高频调制光谱,为芯片原子钟提供优质的光源。     

湿法腐蚀和干法刻蚀工艺对850 nmVCSEL高速调制性能的影响

垂直腔面发射激光器(VCSEL)以其低功耗、低阈值电流、高调制速率和易制作二维阵列器件等特点,广泛应用于短距离光互连领域.湿法腐蚀和干法刻蚀作为高速VCSEL台面结构制备的两种工艺,影响VCSEL氧化层的大小.文章研究了氧化层面积对寄生电容的影响,并计算得到7 μm氧化孔径下采用干法刻蚀工艺的垂直腔面发射激光器,相比较湿法腐蚀工艺,氧化层电容由902.23 fF减小至581.32 fF,谐振腔电容由320.72 fF减小至206.65 fF.通过对采用湿法腐蚀和干法刻蚀工艺制备的GaAs量子阱结构高速VCSEL进行小信号调制响应测试,结果表明,7μm氧化孔径下干法刻蚀VCSEL小信号调制带宽提高至16.1 GHz.     

自组织反馈光纤环形激光器相位调制产生强度混沌的实验研究

报道了自组织反馈光纤环形激光器中施加相位调制后产生的强度混沌现象。对自组织反馈光纤环形激光器进行稍大于阈值的泵浦,通过压电陶瓷引入相位调制;保持泵浦功率及调制电压不变,改变调制频率,得出光强随不同调制频率变化的分岔图,观察到某些特定频率区域内激光器输出进入类似混沌的状态。针对类似混沌的光强输出序列进行非线性时间序列分析,通过功率谱计算、相空间重构、关联积分计算等方法得到了多段调制频率区间内光强序列具有混沌特征的证据。初步分析产生混沌的机理得出:特定条件下施加的相位调制等同于损耗调制。     

多次外光反馈下垂直腔面发射激光器非线性动态特性理论研究

在SIMULINK平台下建立了垂直腔面发射激光器(VCSEL)动态仿真模型，利用该模型对多次外光反馈下垂直腔面发射激光器的非线性行为进行了研究。结果表明，短外腔时，光子密度随外腔长呈周期为半激射波长的余弦关系；长外腔时，随外腔长增加，垂直腔面发射激光器依次经历混沌、多周期、倍周期和单周期区域，增大外腔反射率时同样存在这些非线性区域，但出现顺序相反。进一步得出：考虑单次反馈时由于忽略了占有较多能量的高次反馈导致上述非线性效应偏弱；增大自发辐射因子或减小线性展宽因子可抑制系统的非线性行为。     

Mapping of the dynamics induced by orthogonal optical injection in vertical-cavity surface-emitting lasers

In this paper, the output characteristics of an oxide-confined AlGaAs-As quantum well vertical-cavity surface-emitting laser (VCSEL) under orthogonal optical injection are mapped as a function of the strength of the optical injection and the detuning between the injection frequency and the free-running frequency of the solitary laser, for a very large range of frequency detuning (from -82 to 89 GHz). The injection light is polarized orthogonally with respect to the solitary VCSEL output light. As the injection strength increases the VCSEL switches to the master laser polarization. Polarization switching is accompanied by a rich nonlinear dynamics, including limit cycle, wave mixing, subharmonic resonance and period doubling route to chaos. Polarization switching is found with but also without injection locking. Injection locking occurs with the slave fundamental transverse mode or, for large positive detunings, with the first-order transverse mode.     

双环掺铒光纤激光器混沌的耦合反馈相移控制

提出了双环掺铒光纤激光器混沌耦合反馈相移控制方法和物理模型,利用耦合器将系统的输出量反馈到系统中,选取适当的反馈系数,并在反馈通道上加入相移控制器PC控制反馈光的相移,通过对反馈系数和反馈光相移的控制可以实时、动态、有效地控制激光混沌到稳定态和周期态;结合混沌耦合反馈相移控制方法和物理模型,建立了该控制模型的动力学方程;运用数值计算分析了系统输出状态随着控制参数变化的演化规律,表明控制参数反馈系数和反馈光相移的变化可以使系统的输出产生丰富的具有一定规律性的激光动力学现象;最后讨论了混沌被控制到单周期态时系统输出的振荡周期的变化规律与控制量的关系,在选取适当的控制参数,快速达到所需输出状态时,可以充分利用这一关系。