基于光注入下电流调制1550nm垂直腔面发射激光器获取光学频率梳的研究

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光学频率梳(OFC)由一系列离散的、等间隔的频率成分组成,能够在一个频段内同时提供几个至几十个不同的频率成分,具有谱线数多并且间隔均衡、频率覆盖范围大等诸多优点,在光谱学、微波光子学、光通信、计量学、光学任意波形生成等诸多光学研究领域引起了研究者们的极大关注。目前获取OFC的常用方法主要有锁模、光电调制和增益开关等方式,其中利用增益开关半导体激光器产生OFC由于具有结构简单、易于操控、重复频率可调和损耗低的优点而倍受关注。垂直腔面发射激光器(VCSELs)是一种新型半导体激光器,因其制作成本低、易于集成、阈值电流低和高光纤耦合效率等特点在众多领域均有应用,近年来,VCSELs在OFC产生方面的相关理论和实验研究已有相关报道。利用增益开关VCSEL在光注入下能够获取两个偏振正交OFC,通过适当调节注入光的偏振角,再经过叠加,可以得到一个宽带宽OFC。但本质上,该宽带宽OFC还是由两个正交的偏振OFC构成,这就使其在偏振敏感的相关实际应用中存在一定的局限性。基于以上原因,本文提出并数值研究了一个基于光注入下电流调制1550nm-VCSEL获取宽带宽、偏振方向一致的OFC方案。在该方案中,首先采用调制频率fm=f0/n(f0为1550nm-VCSEL中两正交偏振分量频率间隔,n为整数)的大调制信号电流调制一个1550nm-VCSEL,使该1550nm-VCSEL中的主振荡模式—Y偏振分量输出OFC,而X偏振分量处于被抑制状态;进一步地,通过引入线偏振光注入,使激光器中两个偏振分量(光谱主峰比小于15dB)均实现OFC输出;再借助一个偏振片,将这两个偏振分量引导到该偏振片的透振方向实现光谱拼接,从而获取宽带OFC。基于自旋反转模型,数值研究了由该方案产生的OFC特性。仿真结果表明:在给定的参数条件下,一个自由运行1550nm-VCSEL(阈值电流为2.6mA)偏置在11.5mA时,Y偏振分量占主导而X偏振分量被抑制(光谱主峰比大于30dB);在受到调制深度较大的电流调制作用下,该激光器只在Y偏振分量输出OFC;然后引入线偏振光注入电流调制激光器去,通过适当调整线偏振光的方向可使两个正交偏振分量同时实现OFC输出;最后,利用一偏振片将X、Y偏振分量引导到该偏振片的透振方向实现光谱拼接,最终可获得一个带宽超过80GHz的OFC。
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