基于耦合式激光器的光生微波技术研究

【摘要】：光子集成技术的发展将微波光子学推上了一个新的台阶,现阶段,关于微波光子技术的研究正朝着小型化、集成化的方向迈进。作为耦合式激光器的一种,双条形激光器是一种结构简单的单片集成式半导体激光器,它是将两激光器相距较近地并排制作在同一个芯片上,由于光场限制因子的存在以及较小的波导间距,两激光器光场之间会发生侧向耦合,即工作时伴随侧向的相互注入,因此两激光器的输出光会有很高的相关度,且会引起比传统主从式单向光注入更为复杂的动力学过程,在不需要使用任何外部微波源和调制器的情形下,利用相互作用过程中产生的非线性态可以方便地得到高性能的微波信号,实现光生微波。同时,调节工作参数,还可获得光频梳和微波频梳等多频信号源,是一个新型的、单片集成式的多功能微波信号源和频梳源,有望应用于微波光子学相关领域,成为微波光子学集成化、多功能综合应用平台。因此,基于互注入耦合式半导体激光器的光生微波及频梳技术的研究具有非常重要意义。本论文重点研究耦合式激光器在互注入情形下的动力学过程,分析其产生的各种非线性态,并利用这些非线性行为产生高质量微波信号和频梳。主要工作如下:1.介绍了微波光子学及半导体激光器的发展现状,重点介绍了光生微波、频梳产生以及集成式半导体激光器的研究现状;2.基于微扰下的耦合模式理论对耦合式激光器之间的耦合系数进行理论分析,得到耦合系数与波导间距的具体数学关系式,为之后研究不同耦合系数下半导体激光器的非线性行为提供理论基础;3.基于互注入技术光生微波,仿真研究了耦合式激光器在对称偏置和非对称偏置情况下产生的各种复杂的非线性态,提出利用处于注入锁定的耦合式激光器的输出光进行拍频,获得了频率可调、噪声容限高的高性能微波信号;4.基于互注入技术产生频梳,提出并仿真研究了利用耦合式激光器在多周期振荡时产生光频梳和微波频梳,通过外加低频调制改善其质量,研究了不同偏置电流、调制频率对频梳性能的影响,实现了集光生微波、光频梳和微波频梳的产生为一体的单片集成式多功能微波光子学信号产生平台。