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详解双稳态耦合圆形微腔激光器

2013-05-27 10:36
九一隐士
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  1 光学双稳态的原理介绍

  光学双稳态(Optical Bistability)就是在一定条件下,同一个输入状态下有两个稳态输出,并且这两个稳态可以在一定的外部条件下相互转换,其输入输出关系类似磁滞回线。如图1所示,当输入状态由低到高增加时,输出沿A-B-C或者A-D-C变化;当输入状态由高到低减小时,输出沿C-D-A或者C-B-A变化,输入输出形成回滞曲线。光的输出状态可以是功率、波长、场偏振态和相位等,这些输出状态都已经在实验上观察到光学双稳态现象。

  光学双稳态的产生需要同时满足两个条件:一是器件内部某些物理量之间存在非线性关系,二是系统具有反馈机制。光学非线性通常是由非线性介质产生(如非线性吸收和色散介质)。在光学双稳态的特性曲线中,AB段和DC段上各点为稳定点是由光学系统的负反馈所决定的,而BD段上各点为非稳定点来源于光学系统的正反馈。光学双稳态特性曲线的形成是正负反馈联合作用的结果。

  当在光学系统中引入非线性吸收或色散介质时,光学介质的吸收系数或折射率将发生光强依赖变化。这些变化又会反过来使系统的光场发生变化,从而形成正反馈机制,最终导致光学双稳态的产生。根据反馈机制的不同,光学双稳态大体上可分为两类:混合光学双稳态(Hybrid Optical Bistability)和本征光学双稳态(Intrinsic Optical Bistability)。混合光学双稳态是指光学系统必须借助外部反馈机制才能实现光学双稳态,其外部反馈机制可以引入外加光电反馈或光学腔。本征光学双稳态则是光学系统不需要借助外部反馈机制,直接通过光场与光学系统自身相互作用就可以产生光学双稳态。

  2 双稳态半导体激光器的研究

  近年来,随着半导体加工技术不断提高,半导体激光器获得迅猛的发展,成为人们研究的热点。半导体激光器具有体积小、结构简单、功耗低、寿命较长和易于调制等优点,广泛应用在光电子学领域。另外,在实现短距离的高速光互联,特别是芯片上光互联的研究领域,半导体激光器成为人们研究的重点。对于半导体双稳态激光器,可利用注入电脉冲或光脉冲实现双稳态的交换,而且具有存储功能,成为光信息处理的重要元器件。

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