量子级联激光器调制.docVIP

副载波相位调制光信号通过同步量子级联激光器放大 维斯瓦-巴拉蒂大学，印度，西孟加拉邦，桑蒂尼盖登 摘要. 本文从理论上研究了一个输入副载波多路相位调制光波的同步的量子级联激光器的扩增性能。输出的光相位调制振幅对应一个给定应的计算过的微波副载波。用精确微波副载波完成理想的三阶交越失真相位调制和基于输入相位调制（PM）系数的研究分析。 关键词. 交越失真,注入锁定振荡器, 非线性系统, 光学放大器, 相位调制, 量子阱激光器, 同步复用。 PACS~(2010). 42.55.Px, 42.60.Da, 42.60.Fc, 42.65.Ky,42.30.Lr. 1 引言 量子级联激光器（QCL）于1994在贝尔实验室首次展示[ 1 ]。卡扎里若夫和苏里斯[ 2 ]曾在超晶格曾经预测光扩张的极限。与其他半导体激光器相比量子级联激光器是一种高功率激光器。在QCL中，电子进行一系列又高到低的变动就像处在活跃介质的电位中一样。在这个过程中当一个级联产生时一部分相同的光子在高功率辐射下被发射。目前QCL可以涵盖非操作排列中远红外区域在5-20THZ的吸收边带，它可以在一个很广的范围里作为一个潜在地红外源。在QCL发明以后，各种可能使用这种激光的应用[ 8,12 ]正在被研究中。QCL的应用是光前通信的一种。最近，QCL的同步[ 13 ]吸引了不少的科学家。在同步模式下QCL可以作为一个强大的光信号角调制放大器[ 14,15 ]。同时它还可以用来检测光信号相位调制[ 16 ]。 在本文中，我们研究的一个理论上副载波多路复用(SCM)调相(PM)光信号的放大性能通过一个被用像视频信号一样的消息信号调制过的微波副载波来同步的QCL。QCL同步可能作为SCM PM光学信号放大器潜在的应用同时可能在光学信号处理过程中能用的到。我们计算了放大的SCM PM信号相位调制放大倍数和三阶交越失真(IMD)。IMD可以由本文提供方程的物理参数来确定。 2 线路描述 SCM PM光学信号放大器的电路原理如图1所示 这里，CW光波在可以掺钛的 LiNbO3的调制器中被一部分有角频率，……的微波副载波调制。在微波功能组合器的微波域中微波副载波完成了复用。衰减器用来控制SCM PM 光学信号的功率，同时把光学信号注入到QCL中。QCL在中远红外区域可以当做一个非线性振荡器。同步是一个非线性现象。注入光波的功率相对于不同步的QCL的输出功率和自然频率的QCL中CW注入光的波频率间隔来说,QCL可以同步到注射光波。在这中情况下，同步QCL的照射激光将以注射光波的振荡频率代替它自己的频率同时与CW注入光波维持一个恒定的相位误差。QCL将因此遵循的注射光学信号。这就是QCL的同步过程。越小的频率间隔和越大的相对注入功率可以使QCL同步更容易实现。在同步过程中，QCL将遵循注射光波的相位变化。锁定带宽的QCL必须足够宽来容纳注入的SCM PM信号。锁定带宽取决于相对注射光波的功率级和激光腔的反应能量以及装置的非线性密度。在同步QCL的输出端，我们得到放大的SCM PM光信号。 图 1. 是关于副载波多路复用调相光学信号放大器的电路原理图 3 设计分析 我们认为光相位调制应由一部分多路复用的微波副载波在光相位调制器中完成。我们用电路方程代表多路复用的微波副载波 其中是电压的振幅是p-th微波副载波的角频率，m是微波副载波的数量。用 LiNbO3相位调制器产生的副载波调制光载波相位，可表为如下公式 是PM光波，载波角频率为的PM光波的电场振幅，是p-th微波副载波的相位调制指数。是半波电压调相器。我们可以假定所有的微波副载波的电压是相同的,同时让以便，p=1,2,……m这个相位调制的光信号被注入到一个注入被锁定副载波多路复用调相光波的量子级联激光器中。为了分析注入锁定[ 12 ]了副载波多路复用调相光波的量子级联激光器的响应，我们开发一个量子级联激光器的输电线路模型[ 13 ]。QCL级联激光器输电线路的活跃增益类似于g增益，长度l，损耗。QCL是强度模的态增益(g)可以表示为 I 表示激光强度，表示饱和磁化强度，其定义为强度增益下降到一半的不饱和低强度值。此时，g0 =，是QCL的腔损耗，代表输出端损耗或者镜面损耗。活跃区域的长度是l也就是导线的长度。QCL的空腔长度是l，SCM PM光波的合成振幅注入到受控QCL可以被表示为 表示一个任意的相角，QCL输出的合成振幅可以表示为 是锁定并包含调制放大光波的QCL的输出相角。导线的传播常数可以从以下得到 是行对应角频率的相移常数。导线的输入导纳可表示为 是真空导纳，n 是活跃增益的折射率。在这里我们假定（） 磁场H 和电场E 在激光腔是相关的，方程为 我们可以得到 和 腔共振的条件为 K =1，2，3，……etc。= 和是与角频率相