偏振开关与双稳特性：连续可变偏振光注入VCSEL的研究

"这篇文档是关于垂直腔面发射激光器(VCSEL)的偏振开关和双稳态特性的理论研究。通过连续可变偏振光注入，文章探讨了如何控制VCSEL的偏振状态，并分析了不同参数对偏振开关(PS)和偏振双稳(PB)现象的影响。" 在深入研究之前，我们首先了解垂直腔面发射激光器(VCSELs)的基本概念。VCSEL是一种半导体激光器，其光源是从垂直于芯片表面的腔面发射出来的。与传统的边发射激光器相比，VCSEL具有结构紧凑、易于集成和多模操作等优点，广泛应用于数据通信、光学互连和传感器等领域。 文章基于自旋反转模型(Spin-Flip Model, SFM)来研究VCSEL的偏振特性。自旋反转模型考虑了载流子（电子和空穴）的自旋状态在激光器内部的相互作用，这对于理解和预测激光器的偏振行为至关重要。研究发现，通过调整注入光的偏振角，可以实现VCSEL偏振状态的切换，即偏振开关(PS)。同时，当某些参数处于特定范围时，系统可能出现两个稳定的偏振状态，形成偏振双稳(PB)现象。 实验中，研究人员通过正向和反向扫描注入光的偏振角，观察到PS点的位置会随着扫描周期的变化而变化，从而影响PB区域的宽度。注入强度、扫描周期和频率失谐是影响这一现象的关键因素。例如，较小的扫描周期和较大的频率失谐通常会增加PB区域的宽度，而注入强度的减小则有利于PB宽度的扩展。 进一步的分析显示，偏置电流、注入光强度和自旋反转速率也显著影响PS点的位置和PB区域的宽度。偏置电流增强时，PS点对应的偏振角度会增大，但PB区域宽度会有较大起伏，扫描周期越大，PB宽度越小。自旋反转速率较低时，更容易产生大宽度的PB区域，这与自旋反转过程在激光器内部的影响密切相关。 这篇文档揭示了VCSEL在连续可变偏振光注入下的复杂动态行为，为理解和控制这类激光器的偏振特性提供了理论依据。这些发现对于优化VCSEL设计，提高其在光通信和光处理应用中的性能具有重要意义。通过精细调控注入参数，有可能实现更高效、更稳定的偏振控制，进一步推动VCSEL技术的发展。