单模半导体激光器的光控光子逻辑门运算

发布时间：2017-04-25 05:04

  本文关键词：单模半导体激光器的光控光子逻辑门运算，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：自锁定内置外腔单模法布里-珀罗半导体激光器是近年来提出的一种单模辐射激光技术,由于其内置外腔的设计结构和突出的光学特性引起业界人士的关注。和传统多模半导体激光器相比,单模半导体激光器具有较宽的调谐范围、单模辐射、自锁定、高边模抑制比、价格便宜、功耗低和阈值低等光学性能而被应用在光开关、波长转换和光调制等光学技术应用领域,并表现出卓越的工作性能。但由于单模半导体激光器作为一种新型结构的激光器,具体的工作物理机制和实际应用还需要进一步探索深入。因此,本论文主要以单模法布里-珀罗半导体激光器为核心元件来执行光控光子逻辑门运算操作。首先,介绍了单模激光器的设计结构和实现单模辐射的工作原理,单模辐射的主导模波长与功率与激活区的注入电流和操作温度相关。根据激光腔模式的共振工作特性,给出了具有时延反馈的外腔半导体激光器的光子数、相位和自由载流子数的速率方程。在外部激光注入单模半导体激光器后,注入锁定和双稳磁滞特性是激光器展宽应用的两个基本光学特征。通过恰当调节注入功率和波长失谐,激光器被锁定在注入激光模上,激光器本身的主导模和其他激光器边模的功率被抑制。当注入激光模的波长失谐为正时(注入激光模波长大于对应的激光边模波长),在注入锁定条件下激光共振模发生红移;反之,当注入激光模的波长失谐为零或为负时(注入激光模波长小于对应的激光边模波长),注入激光模与对应的激光边模共同作用后将迅速消耗载流子使激光器本身的主导模功率迅速降低,整个激光器锁定在对应的激光边模处,其他激光共振模波长不发生任何变化,但和正波长失谐的注入锁定比较而言,正波长失谐条件下获得锁定激光谱具有更高的边模抑制比。双稳是由于激光谐振腔的光反馈所导致,随波长失谐和注入功率的变化,激光器本身的主导模和注入激光模都能呈现明显的双稳磁滞现象,但波长失谐越大,与注入功率相关的双稳磁滞环就越宽。应用注入锁定原理,实现了基于单模半导体激光器的光控光子逻辑门运算,在逻辑运算中,单模激光器本身的主导模作为目标信号波长,另外由三台不同的连续激光器发射的激光分别作为控制光和两束信号光,实际操作中,控制光的逻辑状态将决定两束信号光与目标信号之间是否能实现有效的逻辑运算。当控制光为逻辑“1”信号时,注入信号光与目标信号之间的逻辑运算被打开;当控制光调节到逻辑“0”状态时,信号光与目标信号之间的逻辑运算将失效。通过调节注入控制光和信号光的功率与波长失谐,实现了有效的光控逻辑与非门、或非门和非门的逻辑运算。通过本论文的研究,将进一步促进单模半导体激光器在光计算和光网络等光学技术中的应用。
【关键词】：单模半导体激光器 注入锁定 双稳磁滞 逻辑门 波长失谐
【学位授予单位】：重庆师范大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TN248.4
【目录】：

• 中文摘要5-7
• 英文摘要7-10
• 1 引言10-19
• 1.1 单模半导体激光器在波长转换的应用背景11-12
• 1.2 单模半导体激光器在逻辑运算的背景12-14
• 1.3 单模半导体激光器在光开关中的运用背景14-16
• 1.4 单模半导体激光器在触发器中的运用背景16-19
• 2 单模半导体激光器结构和原理19-27
• 2.1 激光器结构19-22
• 2.2 操作温度和注入电流对辐射模影响22-23
• 2.3 理论模型23-26
• 2.4 本章小结26-27
• 3 注入锁定与双稳现象27-38
• 3.1 注入锁定现象27-33
• 3.2 双稳磁滞现象33-37
• 3.3 本章小结37-38
• 4.光控光学逻辑门运算38-46
• 4.1 实验结构框图38-39
• 4.2 光控逻辑与非门39-42
• 4.3 光控逻辑或非门42-44
• 4.4 光控非门44-45
• 4.5 本章小结45-46
• 5 总结46-47
• 参考文献47-50
• 附录：作者攻读硕士学位期间发表论文及科研情况50-51
• 致谢51

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本文编号：325654