光注入和FBG外腔光反饋共同作用下半導體激光器的非線性動力學研究.pdf

1、半導體激光器(Semiconductor Lasers,SLs)作為光通信領域最重要的光源，憑借其獨特的優(yōu)點，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下的非線性動力學行為已經(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)也都得到實驗和理論的證實。特別是，在一些要求窄化微波光子信號線

2、寬、獲取寬帶混沌信號等應用中，需要將光注入和光反饋兩種外部擾動共同作用在SLs上，才能滿足相應的性能要求。與單獨的光注入或光反饋下SLs的非線性動力學特性相比，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力學行為將會更加復雜。因此，對光注入和光反饋共同作用下SLs的非線性動力學行為的研究就顯得尤為重要。然而，大部分對光反饋SLs的非線性動力學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的動力學行為已有相關研究，但對FBG光反饋和光注入共同作用下SLs的非線性動力學行為的研究還未見報道。
　　本文從理論和實驗兩個方面分別對SL在光注入和FBG光反饋共同作用下的非線性動力學行為進行了研究。在研究過程中，首先通過調節(jié)從激光器(S-SL)的驅動電流，使自由運行S-SL的激射波長與FBG的布拉格波長一致，然后分別研

4、究了反饋強度和FBG帶寬對FBG光反饋和光注入共同作用下S-SL非線性動力學行為的影響。結果顯示：當只有光注入擾動時，在不同的注入強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)等動力學行為；當FBG光反饋被引入到光注入S-SL中時，S-SL的動力學行為發(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

5、力學狀態(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)出某些不同的動力學演化路徑；最后，通過對時間序列、功率譜和光譜的分析，得到不同F(xiàn)BG光反饋強度下S-SL在光注入強度和頻率失諧參數(shù)空間的動力學狀態(tài)圖。隨著FBG反饋強度的增加，S-SL進入注入鎖定狀態(tài)所需要的最小注入強度增加，且最小注入強度對應的頻率失諧在向負失諧方向移動，同時CO態(tài)區(qū)域也在不斷擴大。此外，本文還數(shù)值模擬了固定FBG光反饋強度、在不同 FBG帶寬的情