Динамика Двух Лазеров, Связанных Взаимной Модуляцией Добротности

Abstract

Динамика двух лазеров, связанных взаимной модуляцией добротности В приближении скоростных уравнений построена математическая модель синхронизации двух одномодовых полупроводниковых лазеров. Модель представляет собой систему нелинейных обыкновенных дифференциальных уравнений для концентраций электронов и плотностей фотонов в обоих лазерах. Особенность модели состоит в характере связи между лазерами -она устроена так, что удельные потери каждого лазера пропорциональны интенсивности излучения другого. Помимо того, в уравнениях учитываются нелинейные (квадратичные) потери излучения. Система исследована методами теории бифуркаций и многих масштабов. Показано, что модель проявляет различное поведение при сильной и слабой связи между лазерами. При сильной связи в системе нет колебаний, и в то же время возможны бистабильность и гистерезис. При слабой связи в системе возможно возникновение предельного цикла и пичковых релаксационных колебаний. Выявлено, что синхронные колебания плотности фотонов в лазерах происходят в антифазе. Сделан вывод о возможности применения предложенной схемы синхронизации для получения длиннопериодических осцилляций.Ключевые слова: связанные лазеры, скоростные уравнения, синхронизация, оптическая бистабильность, релаксационные колебания.Введение В последние годы исследования по синхронизации полупроводниковых лазеров привлекают к себе большое внимание как из-за удобства использования лазера в качестве модельной нелинейной колебательной системы, так и из-за потенциальных технических приложений явления синхронизации в телекоммуникациях, электронике и вычислительной технике [1][2][3][4].В большинстве схем синхронизации применяется перекрестная оптоэлектронная связь [5], либо взаимная связь торцом к торцу [6]. В первой схеме излучение каждого лазера преобразуется фотодетектором в электрический сигнал и после усиления используется для модуляции тока накачки другого лазера. Во второй схеме излучение каждого лазера после должного ослабления вводится в другой лазер. При изучении обоих типов связи в определенных условиях, среди которых наиболее важна временная задержка, был обнаружен целый ряд интересных нелинейных эффектов, таких как колебания в виде регулярных пульсаций, квазипериодическое движение и хаос.В тоже время недостаточно внимания уделяется другому возможному механизму связи, основанного на взаимной модуляции добротности. Технически такую связь можно осуществить с помощью внутрирезонаторного модулятора добротности, управляемого электрическими, магнитными или акустическими импульсами. Например, в [7] теоретически показано возникновение колебательной неустойчивости стационарного состояния двух лазеров Фабри-Перо, связанных указанным образом. Представляется, что разработка методов синхронизации на основе взаимного регулирования добротности может оказаться перспективным направлением исследований.В предлагаемой работе теоретически изучается система из двух одинаковых лазеров, связанных так, что потери в резонаторе каждого прибора пропорциональны интенсивности излучения другого. Рассмотрение ведется ...