Condições para biestabilidade em frequência de laser semicondutor sob realimentação ótica ortogonal

Abstract

Resumo Biestabilidade na frequência de emissão de um laser semicondutor sujeito a realimentação ótica com polarização ortogonal foi observada experimentalmente por Farias et al. em 2005. Um modelo de equações de taxa para esse sistema dinâmico, apresentado posteriormente por Masoller et al. em 2007, que leva em conta os efeitos térmicos e ganho de saturação, prevê uma variação linear da frequência do laser com a intensidade do campo de realimentação. Nesse trabalho, usando o mesmo modelo, estudamos o processo de biestabilidade ótica em frequência nesses sistemas com realimentação filtrada, determinando as condições espectrais do filtro de realimentação necessárias para o aparecimento de histerese que leva a biestabilidade.Palavras-chave Laser semicondutor, realimentação ótica, sistema dinâmico, biestabilidade em frequência, histerese. I -IntroduçãoRealimentação é o mecanismo pelo qual parte do sinal de saída de um sistema é transferida para a entrada deste mesmo sistema. A realimentação é um importante mecanismo de controle cujas aplicações se dão em várias áreas do conhecimento [1,2]. Cavidades óticas são sistemas físicos adaptados ao estudo da realimentação, onde a biestabilidade é um dos comportamentos mais importantes derivado da realimentação em sistemas não-lineares [3]. A biestabilidade em cavidades óticas [4] tem sido observada quando ambas as respostas dispersiva [5] e absorsiva [6] do meio não linear são exploradas.Lasers semicondutores são também largamente usados para estudos de resposta dinâmica da radiação emitida quando estes sistemas não-lineares estão na presença de realimentação [7,8]. Como conseqüên-cia, lasers de diodo (DL) têm sido utilizados, por exemplo, para investigar biestabilidade em potência [9] e em polarização [10].Em nosso laboratório estudou-se a biestabilidade em frequência [11] usando realimentação ortogonal filtrada. O filtro sensível à frequência é colocado no caminho do feixe de retorno para modular a potência de realimentação, em função da frequência de emissão laser. Foram observadas então duas frequências de emissão para uma mesma potência de saída (as variações de amplitude são menores que 1%).Biestabilidade em amplitude apresenta potenciais aplicações em portas lógicas do tipo 'tudo óptico' e em computação óptica, além de outras aplicações. A biestabilidade na frequência abre caminho para aplicações onde a informação digital pode ser realizada com um nível de intensidade constante, porém entre dois estados de frequências diferentes. As observações de biestabilidade em frequência foram descritas [12] em termos de um modelo que leva em conta a forma de linha do filtro e a relação linear do deslocamento em frequência induzido com a potên-cia de realimentação. Contudo, uma descrição detalhada da resposta espectral do filtro ainda não foi realizada, de forma a determinar sob quais condições podemos observar biestabilidade na frequência ótica.Neste trabalho, usando um modelo para as equações de taxa de lasers semicondutores [12] e levando em conta a largura de linha e acopla...