1 太原理工大学新型传感器与智能控制教育部重点实验室，山西 太原 030024
2 太原理工大学物理与光电工程学院，山西 太原 030024
提出并数值研究了随机数字相位调制光注入半导体激光器中产生混沌的方案。模拟结果表明：随着调制速率或调制深度的增大，激光器可以从初始的注入锁定状态经历准周期路径进入混沌，其原因是相位变化激励了非阻尼弛豫振荡；随机数字相位调制光注入可产生有效带宽大于10 GHz的混沌激光。鉴于数字信号长距离传输的抗干扰能力，该方案为长距离混沌同步及密钥分发应用提供了新思路。
激光器 混沌 光注入 非线性动力学 光学学报
2022, 42(22): 2214001
为了研究光注入半导体激光器(SL)产生的光子微波信号的性能, 基于SL的速率方程和光纤布喇格光栅(FBG)滤波理论, 采用数值仿真的方法进行了理论分析, 得到了各种注入参量下的光谱、功率谱和线宽, 并讨论了反馈参量对微波线宽的影响, 考虑到光注入下产生的微波线宽较宽, 进一步引入FBG光反馈窄化了微波信号的线宽。结果表明, 当SL仅在光注入作用下时, 通过改变注入参量, 可实现微波频率连续可调谐和微波强度最大化; 微波线宽随着反馈强度的增加逐渐变窄, 通过适当调节反馈参量可将微波线宽压缩到10kHz以下。该研究结果可为半导体激光器在光生微波中的应用提供一定的理论参考。
非线性光学 光子微波 光注入 光纤布喇格光栅 单周期 nonlinear optics photonic microwave optical injection fiber Bragg grating period one
1 陆军军事交通学院镇江校区，江苏 镇江 212003
2 陆军工程大学通信工程学院，江苏 南京 210007
3 国防科技大学信息通信学院，湖北 武汉 430010
基于直调光信号注入半导体激光器构建了宽调谐潜在可集成的光电振荡器（OEO），实现了9.73~21.30 GHz的调谐范围，且调谐过程中相位噪声始终小于-105 dBc/Hz@10 kHz。实验结构简单、紧凑。若将主、从激光器集成在同一芯片上，系统还可进一步小型化。若采用调制带宽更大的主激光器，OEO调谐范围还可进一步扩大。
光学器件 光电振荡器 宽调谐 光注入 半导体激光器 光学学报
2022, 42(13): 1323003
1 新疆医科大学医学工程技术学院, 新疆 乌鲁木齐 830011
2 重庆理工大学理学院, 重庆 400054
3 贵州民族大学机械电子工程学院, 贵州 贵阳 550025
基于垂直腔面发射激光器(VCSELs)的自旋反转模型(SFM),理论研究了连续可变偏振光注入VCSEL所产生的偏振开关及双稳特性。研究结果表明,在合适的注入参数设置下,通过连续正向扫描和反向扫描注入光偏振角,VCSEL的偏振分量可产生由偏振角度诱导产生的偏振开关(PS)及偏振双稳(PB)效应,且正反向PS点位置随扫描周期的变化而发生偏移,进而导致PB区域宽度发生改变。当注入强度一定时,正反向PS点位置随扫描周期的增大呈现相反的变化趋势,且更小的扫描周期和更大的频率失谐均有助于增加PB区域的宽度;对于频率失谐给定的情形,注入光强度的变化对PS和PB宽度也有着较大的影响,较小的注入强度及扫描周期更易于PB宽度的扩展。当给定注入强度和频率失谐时,正反向PS点所对应的偏振角度随偏置电流的增强均呈现近似增大的趋势,而PB区域宽度则表现出较大的起伏,且扫描周期越大,对应的PB宽度越小。此外,自旋反转速率也会影响VCSEL输出偏振分量的PS和PB特性,当注入参数一定时,较小的自旋反转速率更易于产生较大的PB宽度。
激光器 半导体激光器 可变偏振光注入 偏振开关 偏振双稳 垂直腔面发射激光器
1 南京航空航天大学 电子信息工程学院, 雷达成像与微波光子技术教育部重点实验室, 南京 211106
2 苏州大学 光电科学与工程学院, 教育部现代光学技术重点实验室, 江苏 苏州 215006
由于具有动力学特性丰富、体积小和易集成等优点, 基于半导体激光器的信号产生技术已成为高性能微波光子信号产生的优选方案之一。半导体激光器在合适的外光注入条件下能够工作在单周期振荡态, 可突破本征弛豫振荡频率的限制, 产生频率大范围可调的微波信号; 进一步动态地控制注入参数, 能够生成宽带可重构的微波调频信号, 在雷达领域具有重要的应用前景。文章首先介绍了基于光注入半导体激光器的宽带微波信号生成机理并实验产生了大时宽带宽积的微波线性调频信号, 其中心频率、带宽、时宽和工作频段均可灵活调谐; 然后, 构建了延时匹配光电反馈环路, 提升了宽带微波调频信号的频谱纯度和梳齿信噪比等性能参数; 最后, 基于该高性能宽带微波调频信号发生器构建了微波光子雷达验证系统, 分析了其在目标探测与成像方面的性能。
半导体激光器 微波光子学 光注入 线性调频信号 雷达 semiconductor laser microwave photonics optical injection linear frequency-modulated signal radar
为了满足保密通信的需求,构建了一种利用两个单向耦合的半导体环形激光器进行混沌同步的系统,通过数值仿真后得到了几种参数下的输出波形、功率谱及自（互）相关图,并讨论了注入参数对同步性能的影响。仿真结果表明：主激光器在交叉反馈的情况下,产生的混沌信号具有较强的时间延迟特征,不利于混沌保密通信。引入自反馈后,时延特征得到了很好的抑制,混沌信号的质量明显提高。将此低时延特征的混沌信号注入从激光器中进行混沌同步,在固定的频率失谐下,发现通过增加注入系数可以显著提高同步系数。此外,通过绘制二维空间映射图,可以确定同步系数在0.9以上的高质量混沌同步区域。
非线性光学 混沌同步 自（互）相关 半导体环形激光器 光注入 nonlinear optics chaos synchronization self (cross) correlation semiconductor ring laser optical injection
1 太原理工大学物理与光电工程学院, 山西 太原030024
2 太原理工大学新型传感器与智能控制教育部重点实验室, 山西 太原 030024
3 忻州师范学院, 山西 忻州 034000
对光注入情况下混沌光纤激光器的输出特性进行实验研究。混沌光纤激光器采用环形腔结构,利用光纤的非线性克尔效应产生混沌激光。主激光器产生的混沌激光通过光隔离器和光纤耦合器注入到混沌掺铒光纤激光器实现外光注入。将主激光器产生的不同功率的混沌信号注入从激光器,研究光注入后从激光器混沌信号时序、频谱、自相关以及稳定性与复杂度等特性。结果表明,光注入后的混沌信号时序随机且幅度频数呈高斯分布,频谱无明显的周期特性,自相关特性优良。光注入掺铒光纤激光器混沌输出在保证混沌源高复杂度的同时提高了混沌源的稳定性。
激光器 掺铒光纤激光器 光注入 混沌信号 稳定性 复杂性 光学学报
2021, 41(21): 2114002
Author Affiliations
Abstract
1 Key Laboratory of Optical Fiber Sensing and Communication Networks, School of Information and Communication Engineering, University of Electronic Science and Technology of China, Chengdu 611731, China
2 Information and Quantum Laboratory, Institute of Fundamental and Frontier Sciences, University of Electronic Science and Technology of China, Chengdu 611731, China
The dissipative Kerr soliton microcomb provides a promising laser source for wavelength-division multiplexing (WDM) communication systems thanks to its compatibility with chip integration. However, the soliton microcomb commonly suffers from a low-power level due to the intrinsically limited energy conversion efficiency from the continuous-wave pump laser to ultra-short solitary pulses. Here, we exploit laser injection locking to amplify and equalize dissipative Kerr soliton comb lines, superior gain factor larger than 30 dB, and optical-signal-to-noise-ratio (OSNR) as high as 60 dB obtained experimentally, providing a potential pathway to constitute a high-power chip-integrated WDM laser source for optical communications.
Kerr microcomb optical injection locking coherent optical communications Chinese Optics Letters
2021, 19(12): 121401
1 西南大学物理科学与技术学院, 重庆 400715
2 西南大学电子信息工程学院, 重庆 400715
提出了基于正交光注入增益开关850 nm垂直腔面发射激光器(850 nm-VCSEL)获取梳距可调双路宽带光学频率梳(OFC)的方案,通过数值仿真研究了系统参量对OFC性能的影响。在该方案中,首先采用大信号电流调制850 nm-VCSEL使其呈增益开关状态,此时Y偏振分量激射并呈周期脉冲状态,而X偏振分量被抑制,可以获得一路偏振沿Y方向的OFC(Y-OFC);进一步引入偏振方向沿X方向的注入光(即正交光注入),在合适的注入参数条件下,增益开关850 nm-VCSEL中的X偏振分量被激射并呈周期脉冲动力学状态,且输出的X偏振分量具有与Y偏振分量强度相当的光谱分布,从而可以获得两路正交的OFC。数值仿真的结果表明:受到调制频率fm=4.2 GHz、调制深度m=0.75的大信号电流调制的850 nm-VCSEL,在频率失谐Δv=10.0 GHz的正交光注入下,通过选取合适的注入光场振幅Einj可使激光器输出带宽(功率变化在10 dB范围内)超过105.0 GHz的双路宽带OFC。借助于正交光注入下增益开关850 nm-VCSEL输出的X偏振分量和Y偏振分量的光谱分布,确定了获得双路OFC所需的Einj和Δv的范围。最后,通过分析其他调制频率下所获取的OFC性能,论证了该方案产生双路宽带OFC梳距的可调谐性。
光通信 850 nm垂直腔面发射激光器(850 nm-VCSEL) 增益开关 正交光注入 光学频率梳(OFC) 梳距
1 西南大学 物理科学与技术学院, 重庆 400715
2 重庆科技学院 数理学院, 重庆 401331
数值研究了一种获取宽带光学频率梳的方案.在该方案中，首先采用调制频率fm=f0/n（f0为1 550 nm垂直腔面发射激光器中两正交偏振分量频率间隔，n为整数）的大调制信号电流调制一个1 550 nm垂直腔面发射激光器，使该1 550 nm垂直腔面发射激光器中的主振荡模式—Y偏振分量输出光学频率梳，而X偏振分量处于被抑制状态；进一步地，引入线偏振光注入，使激光器中两个偏振分量（光谱主峰比小于15 dB）均实现光学频率梳输出；再借助一个偏振片，将这两个偏振分量引导到该偏振片的透振方向实现光谱拼接，从而获取宽带光学频率梳.基于自旋反转模型，数值研究了由该方案产生的光学频率梳特性.仿真结果表明：在给定的参数条件下，一个自由运行1 550 nm垂直腔面发射激光器（阈值电流为2.6 mA）偏置在11.5 mA时，Y偏振分量占主导而X偏振分量被抑制（光谱主峰比大于30 dB）；在受到调制深度较大的电流调制作用下，该激光器只在Y偏振分量输出光学频率梳；引入线性偏振光注入后，通过调整线性偏振光的偏振方向，可使X、Y偏振分量同时实现光学频率梳输出；最后，利用一偏振片将X、Y偏振分量引导到该偏振片的透振方向实现光谱拼接，最终可获得一个带宽超过80 GHz的光学频率梳.
光注入 电流调制 1 550 nm垂直腔面发射激光器 光学频率梳 Optical injection Current modulation 1 550 nm vertical-cavity surface-emitting lasers Optical frequency comb 光子学报
2019, 48(12): 1214003
