《激光杂志》2005年第26卷总目次

—种紫外波长飞秒激光器的研究现状与进展…………张华(1-1)激光敌我识别及进展……………张向前,杨亚培,刘永智等(1-4)红外半实物仿真系统中激光型红外投影仪的研究与进展董言治,周晓东,王昌金等(1-6)……………………………………………SBS激光器实验研究……………………………刘丹平,胡渝(1-9)用电化学腐蚀法制备氧化多孔硅波导定向耦合器贾振红,涂楚辙,地里木拉提·土尔逊等(1-11)……………………………………常数载流子寿命近似对分析半导体光混沌系统工作特性的影响张毅,夏光琼,吴正茂等(1-13)……………………………………可见光…     

载流子寿命对半导体激光器调制特性的影响

针对通常用来研究半导体激光器调制特性的速率方程中所采用的载流子寿命不变近似所存在的问题，重新对小信号调制下半导体激光器的速率方程组进行了线性化处理。     

双光反馈半导体激光混沌高复杂度优化分析

基于排列熵(PE)分析,提出了一种基于半导体激光器(SL)在双光反馈作用下获取高复杂度混沌激光的方案。仿真结果表明,当两个光反馈的延迟时间近似相同、而差值约为激光器弛豫振荡周期一半时,混沌光的PE特征值达到最大,具有最高的复杂度。调节双光反馈的强度值,混沌光的PE特征值将随反馈强度的增加而首先快速增大,然后再缓慢降低。在一定优化双光反馈强度值范围内,PE特征值可取得最大值,从而得到高复杂度的混沌光输出。与单光反馈SL系统相比较,在不同反馈强度下,双光反馈系统所获得的混沌光的PE特征值也总是大于单光反馈系统的结果。     

利用光反馈半导体激光器产生超宽带混沌脉冲信号

提出了一种基于光反馈半导体激光器的混沌特性产生超宽带(UWB)信号的新方法。一个商用的通信波段半导体激光器在外腔光反馈下实现混沌振荡,输出连续波混沌激光,经由一个电吸收调制器后,被调制为一系列混沌脉冲信号。该混沌脉冲信号的频谱特性可通过调节半导体激光器的偏置电流和反馈强度进行控制。实验分别获得了中心频率为4.0 GHz、相对带宽为181%和214%的混沌脉冲UWB信号。进一步数值仿真了偏置电流和反馈系数对混沌脉冲UWB信号频谱特性的影响,实验结果与模拟验证相符。该方法实验装置简单,UWB信号频谱特性易控,可用作未来UWB光纤无线通信系统的光生微波信号发生装置。     

混沌半导体激光器及其应用研究进展（特邀）

混沌激光具有宽频谱、类噪声、低相干等特性,在通信、雷达、传感等领域有广泛的应用。本文介绍了混沌半导体激光器的3种主要工作机制,分别为光反馈、光注入和光电反馈;重点研究典型混沌半导体激光器的频谱带宽、时延特征,以及复杂度等性能及其研究进展;进一步论述光子集成混沌半导体激光器的发展趋势;最后介绍混沌半导体激光器在保密光通信、随机数生成器、激光雷达、分布式光纤传感、混沌光时域反射计等领域的应用现状。本文可为高带宽、低时延混沌半导体激光器的发展和应用前景提供借鉴。     

半导体激光器系统混沌激光的计算方法对比

半导体激光器系统的动力学方程是研究混沌激光的重要理论基础，其计算精度直接决定了系统产生混沌激光的仿真可靠性。针对目前国际上普遍采用的光电场分解的两种方法，即光电场的振幅-相位分解与实部-虚部分解方法，本文分别对不同的半导体激光器系统进行了研究，并进行了对比分析。结果表明，两种数值计算方法在输出光复杂度低的情况下计算结果差异较小，但进入高复杂度时，两种方法的数值计算结果存在巨大的差异。分析表明，光电场采用实部-虚部分解的数值模拟精度更高，更适用于产生复杂度较高混沌激光的半导体激光器系统的研究。     

耦合半导体激光器的多调制延时混沌同步

为了研究多调制延时混沌系统的动力学,用数值计算法研究了非相干光反馈与非相干光注入半导体激光器的多常数延时与多调制延时混沌同步,由于该系统是基于非相干注入的,所以不需要接收激光器与发送激光器频率完全匹配。另外,研究了非相干光反馈半导体激光器输出自相关函数。结果表明,多常数延时和多调制延时两种情况下都能获得高质量的同步,但在多调制延时系统中自相关函数的延时标识可以被隐藏,这一特性大大提高了系统的安全性,非常适用于混沌保密通信系统。     

半导体光纤环形激光器产生偏振混沌的数值研究

建立了半导体光纤环形激光器的动力学模型, 并进行了数值分析和研究。半导体光放大器采用由张应变引起的自身双折射理论模型, 光纤的双折射效应和偏振控制器对光的偏振调节作用综合用一个线性双折射琼斯矩阵表示。利用Matlab软件对该模型进行仿真, 寻找到特定电流下半导体光纤环形激光器产生偏振混沌时偏振控制器的延迟角与方位角的范围以及半导体光放大器注入电流对环形激光器产生偏振混沌的影响。仿真的环形激光器输出功率与偏振度随半导体光放大器注入电流的变化关系与实验结果相符。结果表明, 半导体光放大器注入电流越大、偏振控制器的延迟角与方位角越接近零, 越容易产生高频偏振混沌。     

基于半导体环形激光器的光反馈动力学研究

为了研究半导体环形激光器在外部交叉光反馈情况下的非线性动力学特性, 基于环形激光器的速率方程, 采用数值仿真的方法, 得到了各种反馈参量下的时间序列及功率谱, 并研究了反馈系数对混沌带宽及时间延迟特性的影响。结果表明, 在各种不同外部反馈参量的情况下, 环形激光器展现了单周期、多周期、低频反相波动以及混沌态等丰富的动力学态; 在对称光反馈时, 可得到最大为3.7GHz的混沌带宽; 在时间不对称光反馈时, 产生的混沌信号的时延特征被很好地抑制。该研究结果可为环形激光器的实际应用提供一定的理论参考。     

基于三维Wigner分布的混沌信号判定方法

提出了基于Wigner分布(WD)的判定混沌信号的改进方法.利用混沌信号的窄带特性和三维时频谱图的峰值波动情况判定混沌信号.该方法经洛伦兹系统验证是可行的.计算了混沌信号与高斯噪声的Wigner分布,结果表明可以从三维时频谱直接将两者区分开.计算基于半导体光放大器(SOA)的环形激光器输出光实验数据的三维时频谱,结果与洛伦兹系统的非常相似,从而可判定该实验装置产生信号确为混沌信号.Wigner分布三维时频谱准确地反映了信号的谱特性,能够将系统的不稳状态与混沌状态以及噪声区分开.无论是由动力学方程产生的混沌还是实验上产生的混沌信号都可直观、有效地进行判定.     

利用耦合时延增强激光混沌系统安全性能研究

安全性是混沌通信中的重要问题。基于一个外光反馈半导体激光器驱动两个互耦合激光器的混沌通信系统,研究激光混沌系统中反馈时延与耦合时延特征,并应用龙格-库塔法进行动态仿真。重点分析了当调节一些可控参数(耦合时延和驱动强度)时,能够改变两耦合激光器输出自相关函数中反馈时延和耦合时延幅值的差异,以此掩藏反馈时延,从而得出更优载波。仿真结果说明利用耦合时延可以增强激光混沌系统的安全性。最后给出了在优化载波后系统同步质量的讨论。     

使用太赫兹快速探测器测量硅少数载流子寿命

利用脉冲触发信号在半导体中产生非平衡态载流子的方式,提出一种使用太赫兹连续源和超快速响应探头测量半导体少数载流子寿命的方法,用于表征半导体的瞬态载流子动力学过程。根据上述设计原理及思路,以泵浦光作为周期性激励信号,搭建出一套工作时间窗口为纳秒到秒量级,时间精度在纳秒量级的非接触式半导体少数载流子寿命测量系统,具有装置简单、操作方便、成本低廉等优点。使用搭建的系统对不同掺杂类型、不同掺杂浓度、不同厚度单晶硅的非平衡态少数载流子寿命进行测量。最后,通过改变泵浦光单脉冲能量,对单晶硅光生载流子寿命进行测量,结果表明单晶硅少数载流子寿命随着泵光能量的增大而变长。该系统所实现的宽工作窗口、高时间精度太赫兹快速过程的探测,可应用于太赫兹领域的快速成像和快速生物响应探测。     

Measurement of carrier lifetime and linewidth enhancement factor for 1.5- mu m ridge-waveguide laser amplifier

Semiconductor optical amplifiers are used for investigation of the effective carrier lifetime and the linewidth enhancement factor. Contrary to semiconductor lasers, semiconductor optical amplifiers allow measurement at high levels of injected carrier density. The carrier lifetime and the linewidth enhancement factor are measured with a simple dynamic self-heterodyne method. Carrier lifetimes of 750 ps at the threshold current for the SOA without antireflection coating and 200 ps at high injection have been found. The linewidth enhancement factor is measured to be between 4 and 17 which fits with a simple empirical expression.<>     

Performance characterization of high-bit-rate optical chaotic communication systems in a back-to-back configuration

A comparative study of three data-encoding techniques in optical chaotic communication systems is reported. The chaotic carrier is generated by a semiconductor laser subjected to optical feedback and the data are encoded on it by chaotic modulation (CM), chaotic masking (CMS), or chaotic shift keying (CSK) methods. In all cases, the receiver-which is directly connected to the transmitter-consists of a semiconductor laser similar to that of the transmitter subjected to the same optical feedback. The performance of this back to back configuration is numerically tested by calculating the Q-factor of the eye diagram of the received data for different bit rates from 1 to 20 Gb/s. The CM scheme appears to have the best performance relative to the CMS and CSK scheme, before and after filtering the residual high-frequency oscillations remaining due to nonperfect synchronization between the transmitter and receiver. Moreover, in all encoding methods, a decrease in the Q-factor is observed when the repetition bit-rate of the encoding message increases. In order to achieve as high Q-factor values as possible, a well-synchronized chaotic master-slave system is required.     

Static and dynamical properties of dispersive optical bistabilityin semiconductor lasers

Static and dynamic properties of dispersive optical bistability (OB) in semiconductor lasers biased from below to above threshold has been investigated both theoretically and experimentally. The OB result is found to be varied continuously from below to above threshold. Although conventionally the OB switch-off time in dispersive semiconductor laser amplifiers is limited by the effective carrier lifetime, a much faster OB switch-off can be obtained when a laser diode operates well above threshold in the injection-locked condition     

基于半导体光放大器交叉增益饱和的波长转换的理论分析

建立了基于半导体光放大器交叉增益饱和的波长转换的理论模型。分别讨论了小信号下波长转换特性和大信号下转换波形的畸变情况。结果表明,半导体光放大器的载流子寿命是导致输出波形畸变的主要因素。     

光子集成混沌半导体激光器研究进展（特邀）

混沌激光具有宽频谱、类噪声、低相干等特性,在保密光通信、高速随机数、混沌激光雷达、混沌光时域反射仪和分布式光纤传感等领域具有重要的应用价值。光子集成混沌激光器是混沌激光应用的核心器件,具有体积小、性能稳定、成本低等优点。综述了近十年来光子集成混沌半导体激光器的进展及其主要应用。首先介绍了混沌半导体激光器的集成方式;接着介绍了光子集成混沌半导体激光器的分类,根据其扰动方式讨论了直腔单反馈、多腔反馈、环形腔反馈、二维外腔反馈、互注入等结构,并对比分析了各自的优势与输出特性;然后介绍了光子集成混沌半导体激光器在光时域反射仪、保密光通信和高速随机数产生等方面的应用;最后,讨论了光子集成混沌激光器的关键集成技术、时延特征抑制及间歇混沌的特性。     

碲镉汞pn结中少数载流子寿命的测量

采用改进的光致开路电压衰退方法测量了不同组分Hg1-xCd，Te光伏探测器中光生少数载流子寿命。激发光源为脉冲YAG激光泵浦的光学参量产生器／放大器形成的可调谐红外脉冲激光器。为了减小结电容和串联电阻的影响，引入稳态背景光照明。用存储示波器记录pn结两端开路状态下的电压变化。从指数衰退的曲线经拟合得到开路电压的衰退时间常数，认为其反映了碲镉汞pn结中光生载流子的寿命。实验结果表明：四种组分的探测器在液氮温度下其少数载流子寿命值范围在18—407ns之间。     

Impedance characteristics of double-hetero structure laser diodes

The effects of the onset of lasing on the I-V characteristics, the impedance characteristics and the light modulation characteristics of laser diodes have been discussed by introducing the rate equations which involve carrier diffusion process in the active layer interacting with the radiation field intensity. The static I-V characteristics exhibit a kink at lasing threshold current, reflecting the decrease of effective lifetime of carriers. Effective carrier lifetimes decrease with increasing light intensity, which results in a steep attenuation of injected carrier density in the active region. The impedance and light modulation characteristics are obtained in the small signal approximation. The small signal light modulation characteristics depend strongly on whether the laser diode is excited by the constant current modulation or the constant voltage modulation. The impedance is changed drastically by the onset of lasing and exhibits a resonance which coincides exactly with the optical modulation resonance frequency.