光电负反馈下垂直腔表面发射激光器偏振开关特性研究-物理学报.PDF

物理学报 Acta Phys. Sin. Vol. 62, No. 10 (2013) 104208 光电负反馈下垂直腔表面发射激光器偏振 开关特性研究* 王小发† ( 重庆邮电大学光电工程学院, 重庆 400065 ) ( 2012年11月16 日收到; 2012年12月11 日收到修改稿) 基于扩展的自旋反转模型, 对光电负反馈下垂直腔表面发射激光器的偏振开关特性进行了数值仿真和理论分 析. 研究结果表明: 对于不同的自旋反转率, 反馈强度和延迟时间对激光器偏振开关特性产生较大影响. 在慢自旋反 转率下运行时, 随着反馈强度的增加, 开关点电流呈线性增加, 导致X 偏振模被压缩, 这与报道的基于各向同性光反 馈的情景相反, 产生这一现象的原因是由于光电负反馈提高了X 偏振模的阈值; 延迟时间对开关点电流的影响随反 馈强度的变化而不同. 在快自旋反转率下运行时, 反馈强度对开关点电流的影响与慢自旋反转率时的情形不同, 开 关点电流经历先增加后减小的过程, 开关点电流受反馈强度的影响更加敏感; 而延迟时间的影响规律和慢自旋反转 率时相似. 此外, 还发现自发辐射噪声对激光器偏振开关特性有较大影响. 关键词: 垂直腔表面发射激光器, 偏振开关, 光电负反馈, 自发辐射噪声 PACS: 42.55.Px, 42.81.Gs, 42.65.Pc DOI: 10.7498/aps.62.104208 共存( 同时发射两相互正交的线偏振光), 偏振模跳 1 引言 变(噪声引起两线偏振模式间的相互竞争), 椭圆偏 振光(两相互正交的线偏振光具有相同的频率). 由 垂直腔表面发射激光器(VCSEL) 因其具有低 于PS 现象对于保偏光应用领域来说至关重要, 因 阈值电流、易于实现单纵模光输出、大的调制带 此受到了广泛关注 28 . 目前, 控制VCSEL 偏振 宽、容易与光纤耦合、易集成而形成激光阵列、 光输出的方法很多: 其中一种方法是改变腔的结 制作成本低廉等优势, 有望取代常规边发射半导 构911 ; 另外的方法是通过施加外部扰动来实现, 体激光器(EEL) 而成为光通信和光信号处理的关 常见的方式有偏振选择光反馈1213 和各向同性光 键器件, 因而近年来备受关注. 由于VCSEL 的增 1416 1718 19 反馈 、光注入 、注入调制电流 , 以 益介质晶体有很弱的各向异性, 这会导致明显的横 及光反馈和调制电流相结合 2021 等, 并在实验上 磁(TM) 模线性偏振的产生, VCSEL 的偏振特性一 得到了验证. 直是人们关注的焦点 130 . 1995 年, Miguel 等 1 近年来, 由于光电反馈与光反馈相比具有操 提出了自旋反转模型(SFM), 该模型能很好地描述 作灵活且对相位不敏感的特点, 利用光电反馈扰 VCSEL 输出的偏振特性. 动VCSEL 的输出动力学特性的研究也受到广泛关 VCSEL 开始起振时, 优先运行一个方向的线 注2224 , 但是上述的讨论只是基于单一电流下的 偏振模(这里称之为Y 方向), 随着偏置电流的增加, 动态特性, 而对不同偏置电流下的光电负反馈诱发 输出光偏振态会转向与之垂直的方向(X 方向), 这 的P