单片集成放大反馈激光器的脉冲包络动力学特性研究

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光反馈是半导体激光器(SLs)最为常见的外部扰动方式之一。根据外腔往返时间和激光器自身弛豫振荡周期的大小关系可将光反馈SLs系统分为长外腔反馈SLs(LCR-SLs)系统和短外腔反馈SLs(SCR-SLs)系统。SCR-SLs系统中较短的反馈外腔导致系统输出对于反馈光相位十分敏感,即使微小的相位变化也会引起系统的非线性动力学状态显著改变。由于反馈腔中需要置入控制反馈参量的其他元件,搭建离散的SCR-SLs系统比搭建LCR-SLs系统更具难度且难以将外腔长度降到厘米级水平。为了构建更短的SCR-SLs系统,人们提出了基于光子集成技术的实现方案,即将多个功能区集成在同一芯片上成为单片集成放大反馈激光器(AFL)。AFL反馈腔长更短、反馈参量更易调节、性质更稳定、也更适应商用发展。近些年来,国内外相关学者对单片集成AFL输出的非线性动力学特性展开了一系列实验和理论探索。最近实验研究表明单片集成AFL可产生脉冲包络(PPs)动力学态,但系统地对其输出PPs特性的研究还未见报道。本文实验研究了由分布反馈激光器区(DFB区)、相位控制区(P区)以及放大反馈区(A区)所构成的三段式单片集成AFL产生的PPs的动力学特征。借助于AFL输出的功率谱以及时间序列的自相关函数曲线分析了放大反馈区电流IA和相位控制区电流IP对PPs的重复频率νPP和包络规则性的影响。研究结果表明:相对较大的DFB区电流IDFB会使AFL输出两个模式,此时合理调节IP与IA可使AFL输出PPs动力学状态。随后的研究中我们将IDFB固定在86.15mA以保证AFL工作在双模区域。对于一给定IP=96.00 mA,AFL可在两个不连续的IA区域内呈现PPs状态。随着IA的增加,AFL输出PPs的重复频率νPP在IA较小的区域内呈现单调下降趋势,而在IA较大区域内会先减小然后出现小范围波动。与此同时,时间序列自相关函数的次最大值σ在IA相对较小区域内与νPP的变化趋势相近,而当IA较大的区域内则呈现出先增大后减小的趋势。对于一给定IA=9.00mA,IP的变化会显著影响系统输出PPs的特性,在满足AFL呈现PPs状态的IP区域内,随着IP的增加,νPP呈现出先减小后增大的趋势,σ则表现出与νPP近似相反的变化趋势。通过观测IA,IP连续变化时AFL输出的动力学状态,给出了AFL在IA和IP构成的参量空间中呈现PPs分布图谱,并利用σ对PPs动力学规则特性进行了分析及判定。
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