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。     

相位共轭反馈下垂直腔面发射激光器动态分岔特性的理论研究

在传统半导体激光器动力学方程的基础上，突出了垂直腔面发射激光器(VCSELs)的微腔结构特点以及相位共轭反馈(PCF)的时间反演特性，建立起相位共轭反馈条件下的复合腔仿真模型。仿真结果表明：在外部反射率小于0．05的弱反馈条件下，垂直腔面发射激光器的微腔结构导致了它的动态特性与边发射器件有较大的区别，给出两者在混沌带的出现次数、存在范围以及分岔点的出现条件等方面的比较。相对于常规光反馈(COF)而言，相位共轭反馈的累积相位为零，这使得该机制下垂直腔面发射激光器表现出更为丰富的非线性特性。仿真中观察到常规光反馈经历了三个混沌带，相位共轭反馈经历了两个混沌带且稳定区域较宽；并发现在混沌吸引子产生的过程中常规光反馈光场的实虚部相空间轨迹保持对称，而相位共轭反馈的相空间轨迹则表现为对称的‘建立→破坏→再建立’这样的循环过程。     

主-从式外腔VCSEL混沌同步理论研究

借助构建在Simulink平台下的动态仿真模型,对主从式外腔垂直腔面发射激光器(VCSEL)混沌同步问题进行了数值研究。结果表明,收发双方器件参数匹配且耦合足够强(>9%)时系统可实现同步;该同步对上述参数匹配程度要求较高,接收端偏置电流、器件损耗以及注入孔径等参量发生1%的偏差便可使系统完全失去同步。进一步研究表明,提高发送端向接收端的注入效率可有效抑制参数失配的影响,即便接收端器件损耗等典型参数出现1%的偏差,系统仍可保持较好的同步。     

VCSEL稳态热特性分析

使用数值方法对氧化层限制型垂直腔面发射激光器(VCSEL)内部稳态热场分布进行了计算,结果显示其分布形式取决于DBR区热导率及其与高阻限制层热导率的差异,并指出在限制层孔径变化及外加电极电压变化时对热场分布的影响;器件中温度最高的部分处于中心氧化限制层附近。有源层中温度沿径向的分布情况表明,在氧化限制孔径下方形成明显的温度台阶是导致器件有源层中产生折射率台阶的主要原因。     

关于光通信VCSEL发展历史的浅析

文章介绍了垂直腔面发射半导体激光器(VCSEL)的发展过程,以及目前预见的发展方向。从VCSEL面世到如今大规模商用,可以分为两个阶段。第一个阶段是VCSEL结构确定阶段,第二个阶段是各个性能参数不断优化阶段。     

在VCSEL中外谐振腔控制横模

垂直腔面发射激光器(VCSEL)的基横模可产生高品质高斯光束。该激光器的偏置电流增加时,高横模开始振荡。光束发散加大,光束品质降低。     

互注入VCSEL非线性及同步特性的理论研究

考虑到瓦注入耦合特有的非线性效应,建立了互注入式垂直腔面发射激光器（VCSEL）的理论模型,推导了系统注入锁定范围的解析表达式,理论研究了互注入的同步类型以及注入延时对系统非线性行为的影响。结果表明：在激光器参数相同的理想情况下,系统能实现完全同步,此时注入延时会影响VCSEL的运行状态;当存在参数偏差或噪声时,系统能实现延时同步,此时注入延时对同步质量的影响呈阶梯状。仿真结果验证了所推导的锁定范围表达式的正确性,发现注入锁定范围与注入量的平方根成难比。     

基于CPT原子钟的VCSEL激光器控制系统设计

设计基于原子相干布居俘获原理（CPT）的原子钟系统中垂直腔面发射激光器（VCSEL）控制器,其包括20mA量程、低噪声、精密直流稳流电源、介绍VCSEL控制系统组成和工作原理,并对VCSEL激光器系统进行了测试分析。结果表明,该控制系统可以实现单模态、窄线宽及低功耗稳定光源,对CPT原子钟VCSEL光源应用具有参考和使用价值。     

自发辐射因子对外光反馈下VCSELs非线性行为的影响

利用构建在SIMULLNK平台下垂直腔面发射激光器(VCSELs)动态仿真模型,研究了自发辐射因子对多次外光反馈下VCSEs非线性行为的影响。结果表明,随外腔长(外腔反射率)增加,VCSELs顺次(逆次)经历混沌、多周期、倍周期和单周期区域：进一步得出,增大自发辐射因子可抑制系统的非线性行为,提高器件稳定性。     

高功率单高阶模倒置表面浮雕结构垂直腔面发射激光器

提出并研究了一种带有环形出光孔的倒置表面浮雕结构垂直腔面发射激光器.该器件最突出的结构特点在于,支持稳定的单高阶横向模式激射.在输入电流为六倍阈值电流时,输出功率高达9.8 m W,边模抑制比将近30 d B.在外界为360 K高温时,输出功率仍可达4 m W.且其远场表现出的高斯光束发散角较小.     

基于AlAs氧化法研制的垂直腔面发射激光器

结合垂直腔面发射激光器的制备,研究了AlAs选择性氧化工艺中氧化炉温、氮气流量、水温等条件和AlAs层的横向氧化速率之间的关系,并得到了可精确控制氧化过程的工艺条件,在优化的工艺条件下运用湿氮氧化制备出InGaAs/GaAs垂直腔面发射激光器,实现了器件的室温脉冲激射.     

基于双光反馈垂直腔面发射激光器获取双路高速物理随机数研究

提出基于双光反馈下垂直腔面发射激光器(VCSELs) 输出的正交偏振分量混沌振荡来同时获取两 路物理随机数(PRN)的方案,数值分析了不同反馈强度下所获取的最终比特序列的随机性能 。研究结果表明,通 过选择合适的反馈参量可使VCSELs中两个偏振分量均呈现混沌振荡;其输出的两路混沌信号 作为熵源, 经8位模数转换器(ADC)量化、比特序列按位反转、异或(XOR)运算和m bit最低有效位(m-LSBs) 截 取等后续处理后可得到最终比特序列;采用美国国家标准技术研究所(NIST)提供的NIST special publication 800-22统计测试套件对基于不同反馈强度下 所产生的 混沌信号熵源所获取的最终比特序列的性能进行测试,初步确定了获取可通过NIST speical publication 800-22统计测试的两路随机数所需的反馈强 度的范围。     

面发射半导体激光器自混合振动测量实验研究

采用新型垂直腔面发射激光器(VCSEL)作为激光自混合振动测量系统的激光光源,针对不同驱动信号频率(1 kHz,2 kHz)、驱动信号幅度(880 mV,1.66 v)的振动驱动信号对激光自混合振动测量信号系统进行实验研究,并与通过激光稳态方程所获得的激光自混合振动信号仿真进行了比较分析.结果表明,2 kHz相对1 k...     

垂直腔面发射激光器热场特性分析

应用格林函数方法计算了增益波导垂直腔面发射激光器的热传导方程,分析了电流扩展、材料参数和工作条件对温度分布的影响。计算结果表明,电流扩展是影响这种激光器热场特性的主要因素,降低阈值电流是减小温升的有效方法。