基于正交光注入增益开关850 nm-VCSEL获取双路宽带光学频率梳研究

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光学频率梳(OFC)是在时域上具有重复频率的脉冲序列而在频域上具有等间隔的谱线分布,其被广泛应用于计量学、光通信、任意波形产生和光子微波等领域。目前OFC产生方式主要分为三种:一是利用锁模激光器获取OFC;二是通过外部调制器产生OFC;三是基于增益开关半导体激光器产生OFC。而基于增益开关半导体激光器产生OFC的方案由于具有易于实现、梳距灵活可调和低损耗等优势而受到业界的广泛关注。与边发射半导体激光器相比,垂直腔面发射激光器(VCSEL)具有单纵模输出、阈值电流低、与光纤易耦合、易于集成激光阵列等独特优点。特别地,由于VCSEL腔内介质的各向异性使其具备输出两个正交偏振分量的潜力,因此基于VCSEL有望获得两路相互正交的宽带OFC。本文提出基于正交光注入增益开关850 nm垂直腔面发射激光器(850nm-VCSEL)获取梳距可调的双路宽带OFC的方案,数值研究了系统参量对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使其呈现增益开关状态,此时Y偏振分量激射并呈现周期脉冲状态而X偏振分量被抑制,可获得一路偏振沿Y方向的OFC(Y-OFC);进一步引入偏振方向沿X偏振分量的注入光(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X偏振分量被激射并呈现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,从而可获得两路正交的OFCs。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,通过选取合适注入光场振幅Einj可使激光器输出带宽(功率变化10dB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OFCs所需的Einj和Δv的范围。最后,通过分析其它调制频率所获取的OFC的性能,证实了该方案所产生的双路宽带OFCs梳距的可调谐性。
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