光注入和FBG外腔光反饋共同作用下半導(dǎo)體激光器的非線性動(dòng)力學(xué)研究.pdf

1、半導(dǎo)體激光器(Semiconductor Lasers,SLs)作為光通信領(lǐng)域最重要的光源，憑借其獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)，近年來發(fā)展十分迅速。目前，SLs在光反饋、光注入、光電反饋等外部擾動(dòng)下的非線性動(dòng)力學(xué)行為已經(jīng)被廣泛研究。其中，光注入和光反饋是最常見的兩種外部擾動(dòng)方式。在光注入SLs系統(tǒng)中，SLs的鎖定和非鎖定現(xiàn)象已經(jīng)有較多的報(bào)道。在光反饋SLs系統(tǒng)中，SLs的穩(wěn)態(tài)、非穩(wěn)態(tài)以及混沌態(tài)也都得到實(shí)驗(yàn)和理論的證實(shí)。特別是，在一些要求窄化微波光子信號(hào)線

2、寬、獲取寬帶混沌信號(hào)等應(yīng)用中，需要將光注入和光反饋兩種外部擾動(dòng)共同作用在SLs上，才能滿足相應(yīng)的性能要求。與單獨(dú)的光注入或光反饋下SLs的非線性動(dòng)力學(xué)特性相比，由于光注入和光反饋的相互影響，SLs在光注入和光反饋的共同作用下的非線性動(dòng)力學(xué)行為將會(huì)更加復(fù)雜。因此，對(duì)光注入和光反饋共同作用下SLs的非線性動(dòng)力學(xué)行為的研究就顯得尤為重要。然而，大部分對(duì)光反饋SLs的非線性動(dòng)力學(xué)行為的研究僅專注于普通平面鏡提供光反饋的情況。光纖布拉格光柵(FB

3、G)作為一種反射率隨波長改變的濾波器件，也可構(gòu)成SLs的外腔，并提供分布式光反饋。雖然最近FBG光反饋SLs的動(dòng)力學(xué)行為已有相關(guān)研究，但對(duì)FBG光反饋和光注入共同作用下SLs的非線性動(dòng)力學(xué)行為的研究還未見報(bào)道。
　　本文從理論和實(shí)驗(yàn)兩個(gè)方面分別對(duì)SL在光注入和FBG光反饋共同作用下的非線性動(dòng)力學(xué)行為進(jìn)行了研究。在研究過程中，首先通過調(diào)節(jié)從激光器(S-SL)的驅(qū)動(dòng)電流，使自由運(yùn)行S-SL的激射波長與FBG的布拉格波長一致，然后分別研

4、究了反饋強(qiáng)度和FBG帶寬對(duì)FBG光反饋和光注入共同作用下S-SL非線性動(dòng)力學(xué)行為的影響。結(jié)果顯示：當(dāng)只有光注入擾動(dòng)時(shí)，在不同的注入強(qiáng)度和主從激光器間頻率失諧條件下，S-SL可表現(xiàn)出如注入鎖定(IL)、單周期振蕩(P1)、倍周期振蕩(P2)、多周期振蕩(MP)和混沌(CO)等動(dòng)力學(xué)行為；當(dāng)FBG光反饋被引入到光注入S-SL中時(shí)，S-SL的動(dòng)力學(xué)行為發(fā)生了變化。由穩(wěn)態(tài)(S)變成了P1，由IL和P1變成了MP，由P2變成了混沌。通過研究這些動(dòng)

5、力學(xué)狀態(tài)的變化，發(fā)現(xiàn)在FBG光反饋與光注入共同作用下，S-SLs可以表現(xiàn)出某些不同的動(dòng)力學(xué)演化路徑；最后，通過對(duì)時(shí)間序列、功率譜和光譜的分析，得到不同F(xiàn)BG光反饋強(qiáng)度下S-SL在光注入強(qiáng)度和頻率失諧參數(shù)空間的動(dòng)力學(xué)狀態(tài)圖。隨著FBG反饋強(qiáng)度的增加，S-SL進(jìn)入注入鎖定狀態(tài)所需要的最小注入強(qiáng)度增加，且最小注入強(qiáng)度對(duì)應(yīng)的頻率失諧在向負(fù)失諧方向移動(dòng)，同時(shí)CO態(tài)區(qū)域也在不斷擴(kuò)大。此外，本文還數(shù)值模擬了固定FBG光反饋強(qiáng)度、在不同 FBG帶寬的情