基于VCSEL偏振动力学特性定制光学频率梳，开辟光谱技术新应用
2021-10-16 10:10:58   来源：麦姆斯咨询   评论：0   点击：

随着光学频率梳（OFC）技术在光学计量、光通信和气体光谱等领域应用越来越广泛，OFC技术引起了人们的极大关注。然而，不同应用所需的OFC特性差异很大，例如梳带宽、梳间距和载波噪声比（CNR）等方面因素。

为了满足各种应用需求，多种OFC生成方法应运而生，例如利用量子级联激光器、锁模激光器、微谐振器和光电调制器等生成OFC。这些技术各具优点，但也存在一些局限有待改进。例如，锁模激光器和量子级联激光器可以产生稳定的大带宽OFC，但梳齿间距取决于腔体特性。微谐振器可以产生稳定的带宽OFC，但幅度波动较大。基于光电调制器的OFC具有可调谐梳间距的优点，但调制器会导致明显的插入损耗。因此，迄今为止，生成具有可调谐梳间距和高载噪比（CNR）的大带宽OFC仍具有挑战性。

据麦姆斯咨询报道，近期，巴黎中央理工高等电力学院（Centrale Supélec）、法国洛林大学（Université de Lorraine）、比利时布鲁塞尔自由大学（Vrije Universiteit Brussel）B-PHOT光子学团队、保加利亚科学院固体物理研究所（Institute of Solid State Physics, Bulgarian Academy of Sciences）等机构联合提出了一种广泛的、新的生成OFC的方法，基于垂直腔面发射激光器（VCSEL）的偏振动力学特性定制OFC，为其适应从光通信到光谱等各种应用提供了可能性。

过去几十年，VCSEL由于在光通信和传感等领域广泛应用而备受广泛。VCSEL具有紧凑、低成本和低功耗等优势，并可实现批量生产。VCSEL激光腔呈圆柱形，具备量子阱增益对称结构，其激光腔的晶体有比较弱的各向异性。VCSEL的输出包含两个相互正交的线偏振模式。在某些条件改变时，偏振模式会发生偏振开关（PS）效应。此外，VCSEL还会在光电反馈下表现出丰富的偏振动力学特性。近期有研究成果证明，即使在自由运行状态，VCSEL也可能表现出复杂的偏振动力学特性。

研究团队通过试验对比分析了改变光注入参数时VCSEL表现出的丰富的偏振动力学特性。通过调整偏振和注入参数，实现了对VCSEL输出光的梳间距、载波噪声比（CNR）和OFC偏振度的光学控制。研究团队观察到，与固态频率光的光学注入类似，PS在动力学中起着至关重要的作用，CNR的最佳值接近PS点。在改变注入光与VCSEL之间的频率失谐实验中，发现当失谐Δ𝜈=−17.7GHz时，CNR和梳带宽都明显增加。当偏振动力学引起的梳状扩展与VCSEL中两种偏振模式的激发相结合时，会观察到最佳梳状性能，这是一种可以进一步提高梳带宽的有效方式。研究结果表明，通过控制OFC梳状特性，可以为其适应多种应用提供更多可能性。基于VCSEL的偏振动力学特性，定制生成双偏振OFC将是实现其向光谱应用拓展的第一步。

改变光注入参数时，OFC呈现出的两种偏振动力学特性

该项目获得包括法国高等教育、研究和创新部在内的多家机构的资金支持。研究成果已发表于美国光学学会（OSA）出版的Optics Express。题目为《Tailoring frequency combs through VCSEL polarization dynamics》。

论文信息：https://doi.org/10.1364/OE.432281

延伸阅读：

《传感应用的VCSEL技术及市场-2021版》