高出力ブロードエリア半導体レーザにおけるカオス制御

高功率广域半导体激光器的混沌控制

• 批准号: 14655025
• 负责人: 大坪 順次
• 金额: $ 1.79万
• 依托单位: Shizuoka University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Exploratory Research
• 财政年份: 2002
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2002 至 2003
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-14655025/
• 关键词: 高出力半導体レーザ; 非線形ダイナミクス; レーザカオス; カオス制御; 戻り光効果

高出力半導体レーザは、外部からの要因、たとえば外部光注入や電流変調などがなくても、それ自身不安定な発振となるレーザデバイスであり、ピコ秒程度での時間変動をするフィラメンテイションなどカオス的な光出力を持つレーザである。このことについての実験的検討あるいは、理論的な裏付けは乏しく、高出力半導体レーザ自身のダイナミクスを調べることが重要な研究課題でもある。本研究においては、高出力半導体レーザモデルのレート方程式を提案し、従来実験で断片的に知られていた高出力半導体レーザのパターンダイナミクスであるフィラメンテイションの構造や、レーザパラメータによるカオス分岐などの条件を理論的に明らかにした。また、この過程で、通常の狭ストライプ幅の端面発光半導体レーザ固有の現象として考えられていた低周波振動(Low Frequency Fluctuation ; LFF)が、高出力半導体レーザにおいても発生することが、実験的にはじめて確かめられた。単体の高出力半導体レーザのコヒーレンスやビームプロファイルの整形のために、光注入によるレーザ制御などの方法が望まれる。本研究においては、レーザ自身の戻り光によって高出力半導体レーザを安定化することを試みた。通常、戻り光によって半導体レーザは一般に不安定化するが、そのような不安定状況下において、カオス的振動が全くの安定状態にジャンプするいわゆるカオスアトラクタの、共存状態が存在することを実験的に示した。カオスアトラクタ共存については、理論的な解析はあるものの、実験的にも証明できたことの価値も大きい。このとき、レーザは縦多モード発振状態から単一モードへ遷移し、さらに空間モードもブロードエリア半導体レーザ特有の双峰性ピークを持つプロファイルから単峰性パターンへと安定化された。詳細な安定化の条件は今後の課題であるが、当初の目的である高出力ブロードエリア半導体レーザのビーム制御の目標は達成された。現在、この結果はPhysical Review Eに投稿中である。

Higher power semiconductor レ ー ザ は, external か ら の will, た と え ば external light injection や current - adjustable な ど が な く て も, そ れ own unrest な 発 vibration と な る レ ー ザ デ バ イ ス で あ り, ピ コ second degree で の time - move を す る フ ィ ラ メ ン テ イ シ ョ ン な ど カ オ ス な light output を hold つ レ ー ザ で あ る. こ の こ と に つ い て の be of 験 検 あ る い は, theory of な pay け は spent し く, higher power semiconductor レ ー ザ itself の ダ イ ナ ミ ク ス を adjustable べ る こ と な important research problem が で も あ る. This study に お い て は, higher power semiconductor レ ー ザ モ デ ル の レ ー ト equation proposed を し, 従 to be 験 で fragment に know ら れ て い た above semiconductor レ ー ザ の パ タ ー ン ダ イ ナ ミ ク ス で あ る フ ィ ラ メ ン テ イ シ ョ ン の tectonic や, レ ー ザ パ ラ メ ー タ に よ る カ オ ス branching な ど の condition を theory に Ming ら か に し た. ま た, こ で の process, usually の narrow ス ト ラ イ プ の picture face 発 light semiconductor レ ー ザ inherent の phenomenon と し て exam え ら れ て い た low-frequency vibration (Low Frequency Fluctuation; LFF) が, higher power semiconductor レ ー ザ に お い て も 発 raw す る こ と が, be the 験 に は じ め て か indeed め ら れ た. の 単 body above the semiconductor レ ー ザ の コ ヒ ー レ ン ス や ビ ー ム プ ロ フ ァ イ ル の plastic の た め に, optical injection に よ る レ ー ザ suppression な ど の way looking が ま れ る. This study に お い て は, レ ー ザ itself の 戻 り light に よ っ て above semiconductor レ ー ザ を stabilization す る こ と を try み た. Usually, 戻 り light に よ っ て semiconductor レ ー ザ は ordinary に unrest す る が, そ の よ う な instability condition に お い て, カ オ ス vibration が all く の stable state に ジ ャ ン プ す る い わ ゆ る カ オ ス ア ト ラ ク タ の, coexistence state が exist す る こ と を be 験 に し in た. カ オ ス ア ト ラ ク タ coexistence に つ い て は, theoretical analytical は な あ る も の の, be the 験 に も prove で き た こ と の 価 numerical も big き い. こ の と き, レ ー ザ は 縦 more モ ー ド 発 vibration state か ら 単 a モ ー ド し へ migration, さ ら に space モ ー ド も ブ ロ ー ド エ リ ア semiconductor レ ー ザ の unique bimodality ピ ー ク を hold つ プ ロ フ ァ イ ル か ら 単 peak sexual パ タ ー ン へ と stabilization さ れ た. Detailed な stabilization conditions の は の topics in future で あ る が, の original purpose で あ る higher force ブ ロ ー ド エ リ ア semiconductor レ ー ザ の ビ ー ム suppression の target は reached さ れ た. Now, <s:1> results である Physical Review Eに submission である.

项目成果

A.Murakami, J.Ohtsubo: "Synchronization of Feedback-Induced Chaos in Semiconductor Lasers by Optical Injection"Phys. Rev. A. 65. 003826-1-003826-7 (2002)

A.Murakami、J.Ohtsubo：“通过光注入实现半导体激光器中反馈引起的混沌的同步”物理。

Junji Ohtsubo: "Chaotic Dynamics in Semiconductor Lasers with Optical Feedback, in Progress in Optics Vol.44"North-Holland. 84 (2002)

Junji Ohtsubo：“光学反馈半导体激光器中的混沌动力学，光学进展第 44 卷”北荷兰。