單模半導(dǎo)體激光器的光控光子邏輯門運(yùn)算.pdf

1、自鎖定內(nèi)置外腔單模法布里-珀羅半導(dǎo)體激光器是近年來提出的一種單模輻射激光技術(shù)，由于其內(nèi)置外腔的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)和突出的光學(xué)特性引起業(yè)界人士的關(guān)注。和傳統(tǒng)多模半導(dǎo)體激光器相比，單模半導(dǎo)體激光器具有較寬的調(diào)諧范圍、單模輻射、自鎖定、高邊模抑制比、價(jià)格便宜、功耗低和閾值低等光學(xué)性能而被應(yīng)用在光開關(guān)、波長轉(zhuǎn)換和光調(diào)制等光學(xué)技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域，并表現(xiàn)出卓越的工作性能。但由于單模半導(dǎo)體激光器作為一種新型結(jié)構(gòu)的激光器，具體的工作物理機(jī)制和實(shí)際應(yīng)用還需要進(jìn)一步探索深

2、入。因此，本論文主要以單模法布里-珀羅半導(dǎo)體激光器為核心元件來執(zhí)行光控光子邏輯門運(yùn)算操作。
　　本文首先介紹了單模激光器的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)和實(shí)現(xiàn)單模輻射的工作原理，單模輻射的主導(dǎo)模波長與功率與激活區(qū)的注入電流和操作溫度相關(guān)。根據(jù)激光腔模式的共振工作特性，給出了具有時延反饋的外腔半導(dǎo)體激光器的光子數(shù)、相位和自由載流子數(shù)的速率方程。在外部激光注入單模半導(dǎo)體激光器后，注入鎖定和雙穩(wěn)磁滯特性是激光器展寬應(yīng)用的兩個基本光學(xué)特征。通過恰當(dāng)調(diào)節(jié)注入功率

3、和波長失諧，激光器被鎖定在注入激光模上，激光器本身的主導(dǎo)模和其他激光器邊模的功率被抑制。當(dāng)注入激光模的波長失諧為正時（注入激光模波長大于對應(yīng)的激光邊模波長），在注入鎖定條件下激光共振模發(fā)生紅移；反之，當(dāng)注入激光模的波長失諧為零或?yàn)樨?fù)時（注入激光模波長小于對應(yīng)的激光邊模波長），注入激光模與對應(yīng)的激光邊模共同作用后將迅速消耗載流子使激光器本身的主導(dǎo)模功率迅速降低，整個激光器鎖定在對應(yīng)的激光邊模處，其他激光共振模波長不發(fā)生任何變化，但和正波長

4、失諧的注入鎖定比較而言，正波長失諧條件下獲得鎖定激光譜具有更高的邊模抑制比。雙穩(wěn)是由于激光諧振腔的光反饋所導(dǎo)致，隨波長失諧和注入功率的變化，激光器本身的主導(dǎo)模和注入激光模都能呈現(xiàn)明顯的雙穩(wěn)磁滯現(xiàn)象，但波長失諧越大，與注入功率相關(guān)的雙穩(wěn)磁滯環(huán)就越寬。應(yīng)用注入鎖定原理，實(shí)現(xiàn)了基于單模半導(dǎo)體激光器的光控光子邏輯門運(yùn)算，在邏輯運(yùn)算中，單模激光器本身的主導(dǎo)模作為目標(biāo)信號波長，另外由三臺不同的連續(xù)激光器發(fā)射的激光分別作為控制光和兩束信號光，實(shí)際操作