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

基本信息

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

项目摘要

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。

高功率半导体激光器是一种激光器，即使没有外部光注射或电流调制等外部因素，也可以振荡不稳定，并且是一种具有混乱的光学输出的激光器，例如细丝，它会以picoseconds的顺序波动。对此几乎没有实验或理论支持，这也是研究高功率半导体激光本身动力学的重要研究主题。在这项研究中，我们提出了高功率半导体激光模型的速率方程，理论上阐明了诸如丝状，诸如传统实验中被称为片段的高功率半导体激光器的模式动力学以及由于激光参数而引起的混沌分支。还通过实验证实了低频振动（LFF）的首次证实，这被认为是传统的狭窄条纹宽度宽度偏好的半导体激光器所特有的现象，也发生在高功率半导体激光器中。为了使单个高功率半导体激光器和梁曲线的相干性和塑形，需要使用光注射激光控制等方法。在这项研究中，我们试图使用激光自身的返回光稳定高功率半导体激光器。尽管半导体激光通常会因回流光稳定，但我们已经实验表明，所谓的混沌吸引子共存，在这种不稳定的条件下，混乱的振动跃升至完全稳定的状态。尽管对混沌吸引子共存进行了理论分析，但实验证明的共存的价值也很大。此时，从纵向多模振荡状态转变为单个模式的激光器，并从具有双峰峰的谱稳定了空间模式，该轮廓是广泛区域半导体激光器独有的特征，再到单峰模式。详细的稳定条件是未来的问题，但是已经实现了高功率宽区域半导体激光器的光束控制的最初目标。结果目前已发布在物理评论E上。