长波长自旋VCSELs的极化非线性动力学及其器件优化设计

Due to some unique advantages such as low threshold current, enhanced polarization stability and polarization controllability, spin vertical-cavity surface-emitting lasers (VCSELs) offer attractive application prospects in optical information technology. At present, related investigations mainly focus on short wavelength spin VCSELs. However, for long wavelength spin VCSELs, some key techniques and problems such as optimal design and fabrication, polarization nonlinear dynamics and their applications, are yet to be solved. Therefore, it is very important to conduct a systematic investigation emphatically on polarization nonlinear dynamics and optimal design of long wavelength spin VCSELs. Firstly, based on experimental investigations of the polarization nonlinear dynamics, the detailed evolution and distribution maps of representative dynamical behaviors can be specified in the representative system parameter spaces. Then reasonable theoretical model will be constructed to describe the polarization nonlinear dynamics of long wavelength spin VCSELs. By carrying on this project, we hope to achieve some breakthroughs in the basic research of long wavelength spin VCSELs, which will afford some theoretical supports for the optimized design of long wavelength spin VCSELs and some core technological supports for the development and application of spin VCSELs in related important fields.

自旋垂直腔面发射激光器(VCSELs)因具有阈值低、极化稳定性好和极化控制能力强等优点可望在光信息技术领域展现诱人的应用前景。目前关于短波长自旋VCSELs的研究取得了可喜进展，而在长波长自旋VCSELs的设计、制备、非线性动力学及其应用等方面的研究尚有诸多关键问题亟待突破。基于此，我们拟在长波长自旋VCSELs的器件优化设计及极化非线性动力学等方面开展相关研究探索。通过对长波长自旋VCSELs极化非线性动力学的实验考察，获得在典型系统参数空间中动力学态的演化规律和分布图谱；构建合理描述长波长自旋VCSELs非线性动力学特性的理论模型。通过本项目的实施，可望在长波长自旋VCSELs的基础研究方面取得一些突破，从而为长波长自旋VCSELs的优化设计提供理论支持，并为自旋激光器在相关领域的应用提供核心技术支持。

自旋垂直腔面发射激光器(VCSELs)因具有阈值低、极化稳定性好和极化控制能力强等优点而成为了理想的自旋光源，可望在光信息技术领域展现诱人的应用前景。本项目在长波长VCSELs和自旋VCSELs的非线性动力学及其应用方面开展相关理论和实验探索，并取得了一系列研究成果。(1) 实验和理论研究了长波长VCSELs非线性动力学行为及其相关应用。实验研究了光注入下VCSELs在阈值附近的非线性响应特性；实验研究了1550nmVCSELs在光电负反馈和光注入共同作用下的非线性动力学特性，描绘了其动力学状态在典型参量空间的分布图谱；分析讨论了1550nmVCSELs的偏振转换及双稳特性。(2) 初步探索了长波长VCSELs的spiking动力学行为。理论和实验研究了外部扰动信号作用下VCSELs的spiking响应特性，并初步探索了两个VCSELs间spiking动力学行为的传输特性。 (3) 实验和理论研究了长波长自旋VCSELs的极化非线性动力学特性。基于自旋反转模型(SFM)，数值研究分析了光泵浦下1300 nm 自旋VCSELs输出的圆偏振转换及双稳特性，讨论了泵浦光功率、偏振椭圆率及激光器内部参数对激光器输出偏振椭圆率的影响；理论和实验证实了双折射效应引起的自旋VCSELs的振荡行为，并获得大范围、连续可调的振荡信号。本项目建立了研究长波长自旋VCSELs极化非线性动力学特性的理论模型，搭建了基本的测试平台，探索和掌握了一系列相关理论和关键技术，研究成果对进一步深入研究长波长自旋VCSELs的极化非线性动力学及其应用具有一定的参考价值。