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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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  早在1964年,Lasher就提出把法珀(Fabry-Pérot)腔结构半导体激光器分成两个具有独立电极的增益区和吸收区,用来实现双区共腔半导体双稳激光器。从上世纪80年代中期开始,光双稳态半导体激光器在全光信号处理领域,特别是光通信系统中的光交换和光信号恢复或再生等方面的应用受到研究者极大的重视。尽管基于非线性标准具的光双稳态在光计算方面的应用前景也吸引人们很大的研究兴趣,但是由于光交换的速度太慢,以及难于级联和集成大量器件,使得实用的非线性标准具逻辑回路难以实现。因此,提高光双稳态开关的速度和实现器件的集成逐渐成为人们研究的重点。具有高速光交换能力的双模竞争双稳半导体激光器引起人们的重视。这种双稳激光器的状态变换对应的载流子变化很小,因此可以有很高的变换速度。Kawaguchi等人在1992年提出一种可以实现高速光交换的偏振双稳态半导体激光器,并在垂直腔面发射激光器观察到这种偏振双稳现象。由于偏振双稳态主要靠非线性增益的抑制作用实现,对应的载流子浓度变化很小,因此器件可以实现很高的转换速度,在全光高速信号处理方面有着重要的应用前景。

  除了利用偏振态竞争实现光学双稳态外,环形腔半导体激光器中顺时针和逆时针传播的行波模间的竞争也可以实现单向输出光双稳态,并且该器件具有易于集成的特点。对于两个环形腔半导体激光器,通过调节外注入光场可以实现激射态方向的改变,具有快速低功耗光存储功能。2009年,人们在波导与微盘耦合的微腔激光器上也实现光双稳态,其结果表明该器件在全光开关方面具有重要应用价值。最近,由于双模竞争的光子晶体微腔光双稳及光交换特性在未来大规模全光集成方面有着广阔的应用前景,其受到研究人员的重视。

  3 双稳态耦合圆形微腔激光器

  最近,我们发现作为回音壁模式微腔典型代表的圆形微腔可以与多个输出波导相连接实现多端输出的半导体微腔激光器。研制的双端输出AlGaInAs/InP圆形微腔激光器实现了室温电注入连续激射,单模工作的边模抑制比达到32 dB。另外,圆形微腔还可以组成耦合微腔结构,数值模拟显示耦合微腔可以从中心输出波导高效耦合输出,而且对称和反对称耦合模式可能同时具有高品质因子,如图2所示。这样利用对称和反对称模式的竞争以及两种模式不同的耦合输出效率,我们可以实现一种新型模式竞争双稳态半导体激光器。

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