光注入和FBG外腔光反馈共同作用下半导体激光器的非线性动力学研究

发布时间：2017-07-02 08:02

  本文关键词：光注入和FBG外腔光反馈共同作用下半导体激光器的非线性动力学研究，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：半导体激光器(Semiconductor Lasers,SLs)作为光通信领域最重要的光源,凭借其独特的优点,近年来发展十分迅速。目前,SLs在光反馈、光注入、光电反馈等外部扰动下的非线性动力学行为已经被广泛研究。其中,光注入和光反馈是最常见的两种外部扰动方式。在光注入SLs系统中,SLs的锁定和非锁定现象已经有较多的报道。在光反馈SLs系统中,SLs的稳态、非稳态以及混沌态也都得到实验和理论的证实。特别是,在一些要求窄化微波光子信号线宽、获取宽带混沌信号等应用中,需要将光注入和光反馈两种外部扰动共同作用在SLs上,才能满足相应的性能要求。与单独的光注入或光反馈下SLs的非线性动力学特性相比,由于光注入和光反馈的相互影响,SLs在光注入和光反馈的共同作用下的非线性动力学行为将会更加复杂。因此,对光注入和光反馈共同作用下SLs的非线性动力学行为的研究就显得尤为重要。然而,大部分对光反馈SLs的非线性动力学行为的研究仅专注于普通平面镜提供光反馈的情况。光纤布拉格光栅(FBG)作为一种反射率随波长改变的滤波器件,也可构成SLs的外腔,并提供分布式光反馈。虽然最近FBG光反馈SLs的动力学行为已有相关研究,但对FBG光反馈和光注入共同作用下SLs的非线性动力学行为的研究还未见报道。本文从理论和实验两个方面分别对SL在光注入和FBG光反馈共同作用下的非线性动力学行为进行了研究。在研究过程中,首先通过调节从激光器(S-SL)的驱动电流,使自由运行S-SL的激射波长与FBG的布拉格波长一致,然后分别研究了反馈强度和FBG带宽对FBG光反馈和光注入共同作用下S-SL非线性动力学行为的影响。结果显示:当只有光注入扰动时,在不同的注入强度和主从激光器间频率失谐条件下,S-SL可表现出如注入锁定(IL)、单周期振荡(P1)、倍周期振荡(P2)、多周期振荡(MP)和混沌(CO)等动力学行为;当FBG光反馈被引入到光注入S-SL中时,S-SL的动力学行为发生了变化。由稳态(S)变成了P1,由IL和P1变成了MP,由P2变成了混沌。通过研究这些动力学状态的变化,发现在FBG光反馈与光注入共同作用下,S-SLs可以表现出某些不同的动力学演化路径;最后,通过对时间序列、功率谱和光谱的分析,得到不同FBG光反馈强度下S-SL在光注入强度和频率失谐参数空间的动力学状态图。随着FBG反馈强度的增加,S-SL进入注入锁定状态所需要的最小注入强度增加,且最小注入强度对应的频率失谐在向负失谐方向移动,同时CO态区域也在不断扩大。此外,本文还数值模拟了固定FBG光反馈强度、在不同FBG带宽的情况下S-SL在光注入强度和频率失谐参数空间的动力学状态演化图,理论研究了FBG带宽对FBG光反馈和光注入共同作用下S-SL非线性动力学行为的影响。随着FBG带宽的增加,CO态区域在不断扩大,并且S-SL在光注入参数空间下的动力学分布情况有向平面镜光反馈下光注入SL的动力学分布演变的趋势。
【关键词】：半导体激光器(SLs) 非线性动力学 光反馈 光注入 光纤布拉格光栅(FBG)
【学位授予单位】：西南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TN248.4
【目录】：

• 摘要6-8
• Abstract8-10
• 第1章 绪论10-18
• 1.1 引言10
• 1.2 半导体激光器的简介10-11
• 1.3 半导体激光器的工作原理11-13
• 1.3.1 半导体激光器的结构11-12
• 1.3.2 半导体激光器的工作条件12-13
• 1.4 半导体激光器的发展13-15
• 1.5 半导体激光器的应用15-16
• 1.6 本文研究的意义及内容16-18
• 第2章 外部扰动下半导体激光器的非线性动力学行为18-30
• 2.1 引言18
• 2.2 光注入下半导体激光器的非线性动力学行为18-22
• 2.3 光反馈下半导体激光器的非线性动力学行为22-25
• 2.4 平面镜光反馈与光注入下半导体激光器的非线性动力学行为25-30
• 第3章 光注入和FBG外腔光反馈共同作用下SL的非线性动力学研究30-44
• 3.1 引言30
• 3.2 系统结构30-31
• 3.3 理论模型31
• 3.4 结果与讨论31-38
• 3.4.1 光注入半导体激光器的非线性动力学行为32-33
• 3.4.2 FBG反馈强度对光注入半导体激光器非线性动力学行为的影响33-36
• 3.4.3 FBG带宽对光注入半导体激光器非线性动力学行为的影响36-38
• 3.5 实验研究与结果38-43
• 3.5.1 实验装置38-39
• 3.5.2 结果与讨论39-43
• 3.6 结论43-44
• 第4章 结束语44-46
• 参考文献46-54
• 致谢54-55
• 攻读硕士期间发表的论文55

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本文编号：509038