为有效抑制混沌信号的时延特征(TDS), 提出一种基于半导体环形激光器(SRL)滤波光反馈的结构。利用四阶龙格-库塔方法对模型进行了数值仿真, 并用自相关函数和延迟互信息对SRL输出混沌信号的TDS进行了量化。研究表明, 与普通光反馈结构相比, 滤波光反馈能有效消除由于外腔反馈延迟时间引起的TDS。通过计算自相关和互信息峰值在滤波频率失谐和滤波带宽构成的参数空间中的分布, 发现在正频率失谐区域TDS抑制效果最好。
非线性光学 半导体环形激光器 滤波光反馈 混沌 时延特征 nonlinear optics semiconductor ring laser filtered optical feedback chaos time-delay signature
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
利用双模行波模型，数值研究了半导体环形激光器（SRL）在相位共轭交叉光反馈下的非线性动力学特性。研究发现，当两个模式的相位变化不同步时，SRL表现出低频反相振荡，其振荡周期随着反馈时间的增大逐渐增加。而对于相位变化同步的情况，通过改变注入强度，SRL可输出单周期态、多周期态和混沌态。利用自相关函数识别了产生的混沌信号的时延特征（TDS）并利用功率谱技术计算了相应的带宽，发现TDS随着反馈强度的增加先逐渐减小再增大，而带宽随着反馈强度的增加呈近似线性增加。这说明通过恰当调节反馈强度，混沌信号的TDS可以被较好地抑制，该信号可应用于安全保密通信和随机数产生中。
非线性光学 半导体环形激光器 相位共轭 混沌 时延特征 激光与光电子学进展
2021, 58(19): 1919001
荆楚理工学院 数理学院, 湖北 荆门 448000
为了满足保密通信的需求, 提出了一种基于3个半导体环形激光器(SRL)进行双路混沌通信的方案, 数值仿真后给出了几种情况下的时间序列、自相关图与眼图, 并讨论了传输距离对通信质量的影响。研究表明: 驱动SRL(D-SRL)仅在自反馈的条件下混沌信号质量较差; 当引入互反馈后, 混沌质量明显提高; 随着传输距离的增加, 量化保密通信质量的品质因子逐渐降低, 但当距离增加到130 km时, 品质因子依然保持在6以上, 该方案可以进行长距离双通道安全保密通信。
非线性光学 半导体环形激光器 保密通信 混沌 反馈 nonlinear optics semiconductor ring laser secure communication chaos feedback
为了满足混沌保密通信的需求，提出了一种基于两个半导体环形激光器互耦合产生高质量混沌光信号的方案，采用数值仿真的方法进行了理论分析，得到了各种参量情况下的时间序列、功率谱及自相关系数分布图。结果表明,在一定的参量条件下，激光器能展现出单周期、多周期及混沌等动力态；在较大的频率失谐下，混沌信号的时延特征能够被较好地抑制；通过大范围扫描注入参量，可得到带宽最大为14.0GHz并且具有较低的时延特征的混沌信号，能显著提高混沌保密通信的传输速率及安全性。此研究结果可为环形激光器在混沌保密通信中的应用提供一定的理论参考。
非线性光学 混沌 带宽 互耦 半导体环形激光器 nonlinear optics chaos bandwidth mutual coupling semiconductor ring laser
为了研究半导体环形激光器在外部交叉光反馈情况下的非线性动力学特性, 基于环形激光器的速率方程, 采用数值仿真的方法, 得到了各种反馈参量下的时间序列及功率谱, 并研究了反馈系数对混沌带宽及时间延迟特性的影响。结果表明, 在各种不同外部反馈参量的情况下, 环形激光器展现了单周期、多周期、低频反相波动以及混沌态等丰富的动力学态; 在对称光反馈时, 可得到最大为3.7GHz的混沌带宽; 在时间不对称光反馈时, 产生的混沌信号的时延特征被很好地抑制。该研究结果可为环形激光器的实际应用提供一定的理论参考。
非线性光学 动力学 半导体环形激光器 光反馈 带宽 nonlinear optics dynamics semiconductor ring laser optical feedback bandwidth
为了研究量子阱结构对半导体环形激光器阈值电流的影响,从F-P腔激光器的振荡条件出发,分析了半导体环形激光器的阈值电流密度与量子阱结构参量的函数关系,并推导出最佳量子阱数的表达式.利用器件仿真软件ATLAS建立环形激光器的等效模型,仿真、分析了不同工作温度下,量子阱数、阱厚及势垒厚度对阈值电流的影响.结果表明,阈值电流随量子阱数和阱厚的增加先减小后增大,存在一组最佳值;在确定合适的量子阱数和阱厚后,相对较窄的势垒厚度有助于进一步降低阈值电流;采用GaAs/AlGaAs材料体系和器件结构,其最佳量子阱结构参量为M=3,dw=20nm及db=10nm.
激光器 半导体环形激光器 多量子阱 阈值电流 lasers semiconductor ring laser multiple quantum well threshold current
太原理工大学物理与光电工程学院光电工程研究所, 山西 太原 030024
数值模拟了半导体环形激光器（SRLs）的同步. 在频率失谐为-20 GHz，注入系数大于2.5 时，两种方案(闭环、开环)的SRLs 均可以获得互相关系数大于0.95 以上的同步.讨论了在不同的注入系数下同步对频率失谐的稳健性,结果表明开环同步对频率失谐的稳健性更好。研究了SRLs 内部参数的变化对同步的影响,通过适当调节SRLs 内部参数的数值可使两种结构的同步质量都得到优化。闭环同步的互相关系数从0.96 提高到0.99(开环同步互相关系数从0.95提高到0.97)。最后讨论了在闭环结构中偏置电流和反馈延迟时间失谐对同步的影响。
激光器 半导体环形激光器 混沌 自反馈 同步优化
太原理工大学物理与光电工程学院光电工程研究所, 新型传感器与智能控制教育部重点实验室, 山西 太原 030024
数值模拟了高的偏置电流下半导体环形激光器的动态特性，给出了不同反馈系数、偏置电流以及延迟时间下的混沌分叉图。详细的过程状态表明在不同参数下半导体环形激光器进入混沌的路径不同。结果发现半导体环形激光器在高的电流驱动下产生混沌信号具有高带宽的特点。并研究了不同的参数对混沌带宽的影响，发现在反馈系数为0.5时，混沌带宽可以达到18 GHz。
激光光学 半导体环形激光器 混沌 光反馈 宽带
光子集成作为未来全光网络发展的必然趋势, 是实现高速光通信的重要解决方案。正如硅基集成电路的发展历程一样, 找到一种类似晶体管的基本集成单元, 并实现光子集成的大多数功能是目前光子集成技术中最迫切的问题。近年来, 由于半导体环形谐振器的功能多样性和可集成性, 使其最有可能成为光子集成的基本单元, 因而成为集成光子学、光通信和光信息处理领域的研究热点。文章在介绍半导体环形激光器工作原理和基本特性的基础上, 总结了InP基环形波导激光器在集成光源及光信息处理方面的应用和最新进展。
半导体环形激光器 单向双稳态 集成光源 光信息处理 磷化铟 semiconductor ring laser unidirectional bistability integrated light source all-optical signal processing InP
