تاثیر اندازه حفره در قفل شدگی تزریق نوری در لیزرهای حلقه ای نیمه هادی

چکیده

کلیدواژه ها

مقدمه

شکل 1.    نمایش افزایش پهنای باند در SRL اسلیو در حین مدوله کردن لیزر مستر

مدل تیوری

مباحثات و نتایج شببیه سازی

جدول 1:پارامترهای SRL با تزریق قفل شده

شکل 2.   بازه ی قفل شدگی پایدار SRL با اندازه های مختلف حفره

شکل 3.   مدولاسیون فاز پاسخ فرکانسی، به ازای اندازه های گوناگون برای حفره

نتیجه گیری

اثرات اندازه ی لیزر حلقه ای نیمه هادی بر قدرت قفل شدگی تزریق نوری در اینجا بحث شده است. به منظور مطالعه ی اثر پاسخ فرکانسی لیزر حلقه ای نیمه هادی قفل شده، در پیکربندی master-slave با بکاربری از مدولاسیون فاز لیزر مستر، نیز مورد بحث قرار گرفته است. در این ناحیه ی یک-سویه، در صورت استفاده از لیزرهای حلقه ای نیمه هادی با اندازه های کوچکتر، بازه ی قفل شدگی لیزر حلقه ای نیمه هادی گسترده تر می شود.

طی دو دهه ی گذشته، کارهای تحقیقاتی زیادی برای توسعه ی مدولاتورهای نوری پرسرعت و دیودهای لیزری انجام شد، تا به نیازهای آینده برای سیستم های ارتباطی با نرخ داده های پرسرعت، پاسخگو باشند. پهنای باند مدولاسیون منبع لیزر، پرسشی مهم برای کاربردهای باندگسترده ی آینده مانند تلویزیون اینترنتی، انتقال ویدیو، و صدا توسط IP (انتقال صدا با استفاده از پروتوکل اینترنتی)، می باشد. این یک مساله ی کلیدی برای ظهور ارتباطات مبنی بر مدولاسیون پیچیده ای شده که هم دامنه و هم فاز را در (مدولاسیون دامنه تربیع)، با تشخیص منسجم درگیر کمی کند. بالاترین پهنای باند مدولاسیونی که تا به حال برای لیزر اجرا-آزاد گزارش شده است، 30 GHz است. به نظر می رسد که قفل شدگی تزریق نوری (OIL) در لیزرهای نیمه هادی (SL) [2]، از نظر کم کردن سر و صداهای فرکانس، عملکرد تک-حالته، کاهش نویز و نیز از نظر دستیابی به افزایش زیاد پهنای باند [3]، بسیار مهم می باشد. پیش از این، بهبود پهنای باند 3dB لیزرهای OIL (قفل شدگی تزریق نوری)، هم بصورت نظری و هم بصورت تجربی مورد بحث قرار گرفته است. نشان داده شد که پهنای باند مدولاسیون لیزر اسلیو OIL در پیکربندی master-slave را می توان بطور چشمگیری افزایش داد [4]. بنابراین، این سیستم ها برای مجتمع سازی همسطح مناسب نمی باشند؛ چرا که باید از ورود نور بازتاب شده از لیزر اسلیو به لیزر مستر، با استفاده از یک ایزولاتور (عایق) جلوگیری کرد [5]. لیزر حلقه ای نیمه هادی (SRL) می تواند لیزر اسلیو امیدوار کننده ای برای پیکربندی مستر-اسلیو OIL (قفل شدگی تزریق نوری) _همزان با مدولاسیون کردن لیزر مستر_ باشد. لیزر SRL تنها در مسیری که نور دریافت کند کار می کند، ازینرو هیچ نوری به لیزر مستر فیدبک نمی شود. در [5]، ما از پیش افزایش پهنای باند را نشان دادیم. SRL، انتخابی آینده دار برای پردازش های تمام-اپتیک می باشد و این بدلیل زمان سوییچینگ (کلیدزنی) در حد پیکوثانیه می باشد [6]-[7]. پایداری دو-سویه مستقیم یک مشخصه ی کلیدی SRL [8] بوده و کاربردهای گوناگونی همپچون منطق تمام-اپتیک [9]، مبادله لیبل تمام-اپتیک [10]، حافظه ی تمام-اپتیک [11]، احیای تمام-نوری [12]، دارد. پدیده ی قفل شدگی تزریق نوری و ترکیب چهار-موجی [13] نیز در SRL تحت شرایط خاصی توضیح داده شده اند. کاربردهای گوناگونی نظیر افزایش پهنای باند [5]، چندپخشی تمام-اپتیک [14]، دروازه های منطقی تمام اپتیک [15] و تولید و مدولاسیون موج میلیمتری (mm-wave) [16] با استفاده از این دو پدیده گزارش شده اند. در این مقاله، تاثیرات اندازه ی حفره در قفل شدگی تزریق نوری، مورد بحث قرار می گیرد. افزایش در پهنای باند SRL _بسبب کاهش در اندازه ی آن_ نیز موضوع بحث می باشد. هر چه اندازه کوچکتر باشد، قفل شدگی تزریق قوی تر خواهد شد. ناحیه ی قفل شدگی پایدار، با کاهش در طول حفره ی OIL-SRL اسلیو، گسترده تر می شود. تجزیه تحلیل های نظری معادله سرعت OIL-SRL نیز با استفاده از مدولاسیون فاز لیزر مستر، با دقت ارایه می شود. آنالیزهای شبیه سازی با استفاده از اندازه های مختلف SRL، پهنای باند مدولاسیون را بیش از 500 GHz تخمین می زند. این قضیه برای سیستم های انتقال نوری 400 Gbps بسیار حیاتی می باشد. شکل 1، سیستم افزایش پهنای باند مستر-اسلیو _با استفاده از SRL به عنوان لیزر اسلیو_ نشان می دهد. سیگنال RF از آنالیزور شبکه، با نوری (موج پیوسته) که با استفاده از یک مدولاتور نوری از لیزر مستر (ML) وارد می شود، مدوله شده است. وقتی که SRL بهمراه این سیگنال مدوله شده باشد، خروجی SRL _پس از اینکه با استفاده از یک دیود نوری به سیگنال الکتریکی تبدیل شد_ به آنالیزر شبکه برداری (VNA) فرستاده می شود. VNA پاسخ فرکانسی OIL SRL را اندازه گیری می کند.