Polarization Switching, Locking and Synchronization in Vertical-Cavity Surface-Emitting Lasers (VCSELs) with optical injection - TEL - Thèses en ligne Accéder directement au contenu
Thèse Année : 2008

Polarization Switching, Locking and Synchronization in Vertical-Cavity Surface-Emitting Lasers (VCSELs) with optical injection

Basculement de polarisation, contrôle et synchronisation de lasers à cavité verticale émettant par la surface (VCSELs) soumis à injection optique

Résumé

Vertical-cavity surface-emitting lasers (VCSELs) have competitive advantages with respect to conventional edge-emitting lasers such as the fabrication of dense two-dimensional VCSEL arrays for optical interconnects. VCSELs exhibit intriguing polarization properties which are critical in polarization-sensitive applications. Polarization switching (PS) between two VCSEL's preferential orthogonal linearly polarized (LP) modes may be induced by changing the bias current, temperature or, externally, through orthogonally polarized optical injection. Depending on optical injection parameters, i.e., the injected power and the frequency detuning, injection-locking of the VCSEL can be achieved.
We contribute to the study of polarization bistability, polarization switching (PS), injection-locking and transverse mode competition in a VCSEL subject to orthogonal continuous-wave optical injection. We experimentally show and theoretically demonstrate that PS and locking may involve rich nonlinear dynamics including wave mixing, limit cycle, subharmonic resonances or a period-doubling route to chaos. In particular, we analyze the interplay between PS and the underlying nonlinear dynamics, and unveil its bifurcation mechanisms. Our study brings a new insight into the physics of polarization dynamics in externally-driven VCSELs.
Chaos synchronization of coupled VCSELs is also investigated. A feedback-induced chaotic light from the master VCSEL is unidirectionally injected into the slave VCSEL. We show that the synchronization quality can be significantly enhanced when chaos involves both orthogonal LP modes. This result is interesting for chaos communication schemes based on VCSELs.
Le laser à cavité verticale émettant par la surface (VCSEL ou Vertical-Cavity Surface-Emitting Laser) comporte des avantages compétitifs par rapport aux lasers émettant par le côté. Notamment, l'émission par la surface permet la fabrication de matrices bidimensionnelles de VCSELs intéressants pour les réseaux d'interconnexion et le routage tout optique. Le VCSEL présente souvent deux modes polarisation linéaire orthogonaux avec des fréquences et des gains optiques presque identiques. Dès lors, de faibles perturbations telles que des modifications du courant d'injection ou de la température peuvent facilement induire des basculements de polarisation. Toutefois, en utilisant un schéma d'injection optique, il est possible de contrôler ces instabilités de polarisation.
Nous nous intéressons au contrôle du basculement de polarisation ainsi que la compétition des modes transverses d'un VCSEL soumis à injection optique de polarisation orthogonale. Nous montrons expérimentalement et théoriquement la dynamique de basculement de polarisation dans le plan des paramètres d'injection (puissance injectée et désaccord en fréquence entre le laser maître et le VCSEL) implique des dynamiques non linéaires telles le mélange d'ondes, les cycles limites ainsi qu'une route de doublement de période vers le chaos optique. L'analyse des bifurcations sous-jacentes nous a permet de dresser une cartographie de la dynamique de basculement de polarisation du VCSEL.
Dans notre thèse, nous étudions également la synchronisation du chaos de VCSELs dans un schéma de couplage unidirectionnel. Nous montrons que la compétition des modes de polarisation linéaire orthogonaux affecte la qualité de la synchronisation du chaos. Ces résultats sont intéressants dans le cadre du développement récent de liaisons de communication sécurisée par chaos optique.
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Dates et versions

tel-00347370 , version 1 (15-12-2008)

Identifiants

  • HAL Id : tel-00347370 , version 1

Citer

Ignace Gatare. Polarization Switching, Locking and Synchronization in Vertical-Cavity Surface-Emitting Lasers (VCSELs) with optical injection. Physics [physics]. Université de Metz; Université Libre de Bruxelles, 2008. English. ⟨NNT : ⟩. ⟨tel-00347370⟩
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