Design considerations and performance analysis of fiber laser array system for structuring orbital angular momentum beams
自光学轨道角动量（OAM）出现以来，OAM光束的产生和控制技术的发展不断影响着光通信、光镊和遥感等领域的应用。为了实现高功率、快速可切换的OAM光束的产生，光纤激光器的相干合成提供了一条很有前途的途径。在这篇文章中，我们全面研究了用于结构化OAM光束的相干光纤激光器阵列系统的设计考虑和性能分析。介绍了激光列阵系统的性能指标和评价方法。在此基础上，分析了高功率激光光源、发射阵列结构和动态控制系统等激光阵列系统的主要组成部分对输出相干合成OAM光束性能的影响，揭示了系统对扰动因素的容忍度，为系统设计和优化提供了指导。该工作为利用光纤激光器阵列实现空间结构化高功率、快速可切换的OAM光束提供了有益的参考。
2022-01-26 physics.optics
Highly-efficient, diffraction-limited laser emission from a Vertical External Cavity Surface-emitting Organic Laser
我们报告了作为垂直外腔面发射激光器（VECSEL）设计的有机对应物的固体激光器结构。增益介质是掺杂有罗丹明640的聚（甲基丙烯酸甲酯）膜，旋涂到平凹谐振腔的高反射率镜上。在波长为532 nm的7 ns脉冲泵浦下，获得了衍射极限光束（M^2=1），转换效率为43%，当采用较短（0.5 ns）泵浦脉冲时，可获得较高的峰值功率（2kW）。光谱由起腔内标准具作用的活性层的厚度控制;可调谐性被证明超过20 nm。
2010-06-06 physics.optics
Dynamic interferometry measurement of orbital angular momentum of light
提出了一种动态干涉法测量光束的轨道角动量。采用了一个带有两个空气狭缝的不透明屏，它可以看作是杨氏双针孔干涉。当光强呈环形分布的OAM光束垂直入射时，远场干涉图样依赖于两个针孔中光的相位差。我们扫描两个狭缝之间的角度，中心处的输出强度在暗和亮之间交替变化。利用这个特性，我们可以测量光的OAM。该方案非常简单，成本低。此外，由于连续扫描，它可以测量OAM光束的非常大的拓扑电荷。
2014-07-16 physics.optics
Vectorial dissipative solitons in vertical-cavity surface-emitting Lasers with delays
研究表明，垂直腔面发射激光器置于外腔中时，其非线性偏振动力学将导致时间矢量耗散孤子的形成。这些孤子出现在偏振方向的周期，离开总强度恒定。当腔往返时间远大于其持续时间时，腔中可能存在多个独立的孤子和束缚态（分子）。所有这些解共存在一起，并与背景解，即零孤子的解决方案。通过对Floquet指数的分析，给出了局部化的理论证明.最后，我们减少了一个单一的延迟方程的偏振取向，允许解释的矢量孤子的偏振扭结的动态。
2014-06-06 physics.optics
The spin-flip model of spin-polarized vertical-cavity surface-emitting lasers: asymptotic analysis, numerics, and experiments
考虑了描述光泵自旋极化垂直腔面发射激光器的自旋翻转模型。研究了椭圆极化场模型的稳态解。渐近分析的存在性和稳定性的稳态解的开发，特别是在存在的泵偏振椭圆。膨胀是相对于小参数表示的椭圆率和总泵浦功率和激光阈值之间的差异。分析结果，然后证实数值，它是获得一般的稳态解之一是稳定的，而另一个是不。理论结果与实验结果定性一致。
2016-01-05 physics.optics
Non-equilibrium dynamics in the dual-wavelength operation of Vertical external-cavity surface-emitting lasers
采用微观多体理论结合麦克斯韦方程研究了垂直外腔面发射激光器的双波长运转。半导体激光器中共存发射波长的固有动态特性与特征非平衡载流子动力学相关，该特征非平衡载流子动力学引起准平衡增益和载流子反转的显著变形。扩展的数值模拟，有效地调查参数空间，以确定两个波长的操作制度。使用频率选择性腔内标准具，两个家庭的模式是稳定的最强的发射峰的动态交换。对于这种工作模式，反关联强度噪声观察与实验一致。提出了一种有效的选频滤波方法，以稳定真正的双波长输出。
2018-10-23 physics.optics
Time-Delayed Reservoir Computing Based on Dual-Waveband Quantum-Dot Spin-Polarized Vertical Cavity Surface-Emitting Laser
在这项工作中，我们提出的数值计算结果有关的时间延迟水库计算方案，其单一的非线性节点，是一个量子点自旋极化垂直腔面发射激光器（QD s-VCSEL）。所提出的光子神经形态方案利用了量子点材料中存在的多个能态的复杂时间动力学，并使用来自两个离散波段和两个偏振态的发射，以提高计算效率。用于该架构的基准任务是在1550 nm传输50 Km后对失真的25 Gbaud PAM-4信号进行均衡。结果证实，虽然典型的基态发射量子点节点提供有限的性能，由于带宽的限制，通过利用双发射，我们实现了一百倍的比特错误率的改善。这种性能提升可以为基于量子点的器件在高速要求的神经形态驱动应用中的渗透铺平道路。
2022-03-30 physics.optics
Regularization of Vertical-Cavity Surface-Emitting Lasers emission by periodic non-Hermitian potentials
我们提出了一种新的物理机制的基础上，周期性的非厄米势有效地控制复杂的空间动力学的宽区域激光器，特别是在垂直腔面发射激光器（VCSEL），实现稳定的最大亮度的发射。径向相移的周期性折射率和增益-损耗调制积累了整个有源层产生的光，并将其集中在结构轴周围，以发射窄而明亮的光束。这种效应是由于横向模式之间的非对称向内径向耦合，对于特定的折射率和增益损耗调制的相位差。光被限制在具有大强度的中心光束中，从而打开了设计紧凑、明亮和高效的大面积光源的路径。我们进行了全面的分析，以探索最大的中心强度增强和浓度制度。研究表明，最佳方案是那些保持单向向内耦合，但不满足完美的局部PT对称性。
2019-02-13 physics.optics
Metasurface integrated Vertical Cavity Surface Emitting Lasers for programmable directional lasing emissions
垂直腔面发射激光器（VCSEL）为现代光电子技术的发展做出了不可或缺的贡献。然而，在紧凑的系统中任意的VCSEL光束整形仍然是不可实现的。新兴的超薄平面光学结构，即超颖表面，提供了一个强大的技术来操纵电磁场与亚波长的空间分辨率。在这里，我们表明，电介质超颖表面与VCSEL的单片集成，使显着的任意控制的激光束的轮廓，包括自准直，贝塞尔和涡旋激光器，具有高效率。通过VCSEL兼容技术的这种超颖表面的晶片级集成简化了组装过程并保持了VCSEL的高性能。我们设想，我们的方法可以在各种广泛的应用中实现，例如光纤通信、激光打印、智能手机、光学传感、人脸识别、定向显示和超紧凑型光探测和测距（LiDAR）。
2020-01-16 physics.optics
Continuously Shaping Orbital Angular Momentum with an Analog Optical Vortex Transmitter
光的动态产生使微粒子的复杂操纵、高维量子纠缠和光通信成为可能。我们报道了一种由一个双向对称光栅和一个光阑组成的模拟涡旋发射器，它能发射出平均OAM值在整个有理范围内连续变化的光涡旋。该衍射发射器利用沿对称轴线性变化的横向位错，在实现宽带光涡旋的同时，保持了具有等间距奇点的新型纺锤形相位，具有额外的自由度。它通过包含更多的奇点，无限地增加了光的平均OAM，这与拉盖尔-高斯（LG）和贝塞尔涡旋光束有显著不同。在单个器件中实现OAM的模拟生成，该技术可以潜在地扩展到其他频率，并应用于量子物理、非周期光子学和光学操纵的广泛发展。
2015-04-08 physics.optics
Vertical cavity surface emitting terahertz laser
垂直腔面发射太赫兹激光器可以在传统的半导体微腔中实现，在强耦合机制下嵌入量子阱。该腔将以2 p激子状态的频率的一半进行光学泵浦。一旦达到2 p激子的阈值数量，受激太赫兹跃迁就会填充较低的激子-极化子分支，并且腔开始在光学和太赫兹范围内发射激光。激光阈值对泵浦光的光子统计特性敏感。
2012-03-15 cond-mat.mes-hall physics.optics
Chaos-based image encryption using vertical-cavity surface-emitting lasers
本文研究了利用垂直腔面发射激光器（VCSEL）偏振动力学同步实现彩色图像的加密和解密。这里，我们考虑双向主从配置或与两个VCSEL的双向耦合。后者表现出超混沌和同步与它们的发射特性之间的高度相似性。耦合的VCSEL然后被用作图像或数据通信的发射器和接收器。此外，我们提出了一种改进的基于混沌的图像加密算法，使用像素级和比特级的排列，它提供了强大的，更快，更简单的加密/解密相比，许多其他基于混沌的密码系统。新的密码系统的性能进行了分析，并与最近开发的计划[Opt.拉斯维加斯。90（2017）238-246]。安全性分析和一些统计调查表明，提出的密码系统是抵抗各种类型的攻击，是有效的非线性光学介质中的安全通信。
2018-10-13 physics.optics
Passive Mode-Locking and Tilted Waves in Broad-Area Vertical-Cavity Surface-Emitting Lasers
从实验和理论上证明了电偏置$200\,μ$ m多横模垂直腔面发射激光器可以利用远距离谐振可饱和吸收镜的光反馈实现被动锁模。当一个腔体被放置在另一个腔体的傅立叶平面上时，可以实现这一点。这种非传统的光反馈导致形成两个倾斜的平面波，在外部腔中传播，具有相反的横向分量，并在每次往返时在时间上交替。这些平面波中的每一个产生由两倍的外腔往返分离的锁模脉冲的训练，而两个训练由往返时间移位。大部分的装置的横截面有助于锁模发射导致约1 W的峰值功率和10 ps的宽度的脉冲。我们讨论了如何在可饱和吸收体的横截面中的不均匀性选择发射的倾斜波，从而导致超过4 nm的可调谐发射。
2014-07-01 physics.optics
Microcavity-enhanced Kerr nonlinearity in a vertical-external-cavity surface-emitting laser
自锁模已经成为垂直外腔面发射激光器产生超短脉冲的一条新兴途径。在我们的工作中，一个强大的克尔非线性，到目前为止，假定引起锁模操作的证据和强大的非线性增强的微腔被揭示。我们提出了依赖于波长的测量的非线性吸收和非线性折射率变化的增益芯片使用Z扫描技术。我们报道了（InGa）As/Ga（AsP）材料系统在接近激光设计波长处的负非线性折射率高达1.5E-11 cm ~ 2/W，这可能导致克尔透镜效应。我们表明，通过改变探测光束相对于增益芯片的入射角，克尔非线性可以进行波长调谐，随着微腔共振移位。这样的发现可能最终导致新的概念，定制的自锁模行为，实现了独特的克尔透镜芯片设计的成本效益，强大的和紧凑的fs脉冲半导体激光器。
2018-08-09 physics.optics
Efficient method of designing optically-pumped vertical external cavity surface emitting lasers having equally excited quantum wells
载流子的均匀分布允许最大化光学泵浦垂直外腔表面发射激光器的光学增益。在本文中，我们展示了如何分布量子阱和阻挡层，以补偿指数衰减的泵浦光强度。我们的模型说明了它是否可能（对于设备的假设长度），如果是，则允许找到阻挡层的位置。使用该模型不需要迭代，也不需要比标准计算器更复杂的数值计算。
2012-04-06 cond-mat.other physics.optics
Microwave vortex beam lasing via photonic time crystals
Key Laboratory of advanced optoelectronic quantum architecture and measurements of Ministry of Education, Beijing Key Laboratory of Nanophotonics & Ultrafine Optoelectronic Systems, School of Physics, Beijing Institute of Technology（教育部先进光电量子架构与测量重点实验室，北京纳米光子学与超精细光电系统北京市重点实验室，物理学院，北京理工大学）；Beijing Key Laboratory of Millimeter wave and Terahertz Techniques, School of Information and Electronics, Beijing Institute of Technology（毫米波与太赫兹技术北京市重点实验室，信息与电子学院，北京理工大学）
利用环形PTC实现无增益介质、表面发射的微波涡旋束激光，突破传统放大器技术，推动下一代无线通信与传感技术发展。
2026-01-02 physics.optics
Spontaneous formation of vector vortex beams in vertical-cavity surface-emitting lasers with feedback
报道了在具有频率选择反馈的垂直腔面发射激光器（VCSEL）中自发产生的非均匀偏振矢量涡旋光束。证明了具有双曲偏振结构的反涡和径向偏振涡。它们与具有均匀和非均匀偏振分布的涡旋接近并部分共存，其特征在于四个成对正交偏振域。这些非平凡的结构在一个简单的，近各向同性的VCSEL系统的自发形成是显着的，矢量涡被认为具有类孤子的属性。
2017-06-16 nlin.PS physics.optics
Analysis of spatial emission structures in vertical-cavity surface-emitting lasers with feedback of a volume Bragg grating
研究了体布拉格光栅选频反馈的大面积垂直腔面发射激光器（VCSEL）的空间和光谱特性。我们证明了波长锁定类似于边缘发射器的情况下，但空间模式选择是从后者不同。在阈值处获得的轴上空间孤子让位于阈值以外的离轴扩展激光态。调查的重点是一个自我成像的外部腔。分析了偏离自成像条件对斑图形成的影响，并证明了这种现象具有一定的鲁棒性。
2012-02-02 nlin.PS physics.optics
Observation of slow light in the noise spectrum of a vertical external cavity surface emitting laser
相干布居振荡的作用在超低噪声激光器的噪声谱中得到了证实。这种效应在优化的单频垂直外腔面发射激光器的强度噪声谱中被隔离。由激射模式引起的相干布居振荡通过其相关色散表现出来，这导致由非激射侧模中存在的自发发射探测的慢光效应。
2010-10-27 physics.optics quant-ph
Soft-Matter-Based Topological Vertical Cavity Surface Emitting Lasers
本研究利用软物质一维光学超晶格设计并实现了一种柔性、低阈值、高斜率效率的圆偏振拓扑垂直腔面发射激光器，解决了传统半导体拓扑激光器难以用于柔性器件的问题，在经历数百次弯曲后仍保持稳健的光束偏转特性。
2024-10-16 physics.optics
Random lasing in an organic light-emitting crystal and its interplay with vertical cavity feedback
研究了一种蓝光分子晶体的垂直腔和随机激光发射特性。通过物理气相传输生长的1，1，4，4-四苯基-1，3-丁二烯样品具有室温受激发射峰值约为430 nm。法布里-佩罗共振和随机共振分别由晶体与外部介质的界面和缺陷散射体引发。对所产生的激光光谱的分析表明，在一种新颖的表面发射结构中，由于内置的垂直法布里-珀罗腔和随机激光的存在，存在窄峰，阈值约为500微焦耳·厘米^-2。由于增益竞争，不同模式之间的反相关性也被突出。具有光学增益候选者的分子晶体作为固有地支持多种激光机制的有前途的光子介质。
2014-09-22 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Evaluation scheme for the design of high power single mode vertical-cavity surface-emitting lasers
通过分析控制模式转换的物理机制和简化计算步骤，提出了一种非常简单有效的高功率单模VCSEL设计评估方法。此外，新结构的建议和测试后，建议的评估程序。因此，所提出的设计表现出更好的稳定性的基本模式在一个更宽的电流范围比传统的。
2004-04-22 physics.app-ph physics.optics
Analysis of evanescently-coupled pairs of spin-polarised vertical-cavity surface-emitting lasers
耦合，自旋极化激光器的阵列的动力学的一般模型推导出，这是减少到两个自旋翻转模型在一个单一的腔和耦合模式模型的一对引导在适当的限制。一般模型是能够处理任何几何形状的波导与任何数量的支持正常模式。该模型的一个独特功能是它允许每个激光器中的泵浦独立偏振。特定的几何形状示出通过“重叠因子”，这是一个概括的光学限制因子。这些因素在决定激光动力学中起着重要的作用。该模型是专门的情况下，一般的双引导结构，然后进行分析和数值模拟。对于这种情况下，它被发现，增加的椭圆率的泵送往往会提高稳定的解决方案预测的区域中的泵送强度与引导分离的平面。
2019-12-14 physics.optics
Vector vortex solitons and soliton control in vertical-cavity surface-emitting lasers
研究了垂直腔面发射激光器中矢量涡旋光束的选频反馈特性。它们被解释为高阶涡旋孤子的空间不均匀，但局部线性偏振状态。与大多数依赖于压印偏振结构获得矢量涡旋光束的方案不同，由于垂直腔器件中的近偏振简并性，矢量涡旋孤子自发形成。我们观察到径向，双曲线和螺旋偏振配置取决于小的剩余各向异性在系统中和不同状态之间的多稳定性。此外，我们证明了激光孤子的触发器操作通过在原则上本地电子非线性。结合这两个主题可能会为一个简单的设备开辟一条道路，使不同的矢量涡旋光束之间的应用快速切换。这些研究将非线性科学、奇异光学、结构光和半导体激光器技术很好地结合起来。
2021-06-12 nlin.PS physics.optics
Inkjet-printed vertically emitting solid-state organic lasers
在本文中，我们表明，喷墨打印可以成功地应用于外腔垂直发射薄膜有机激光器，并可以用来产生衍射极限输出光束的输出能量高达33.6 μ J，斜率效率S为34%。激光发射示出使用腔内聚合物基法布里-珀罗标准具从570至670 nm连续可调谐。由于喷墨印刷，实现了几微米厚度的高光学质量薄膜。我们介绍了一种新的光学材料，其中EMD 6415商业油墨构成光学基质，并在550-680 nm处表现出1.5的折射率和0.66 cm-1的吸收系数。标准的激光染料，如Pyromethene 597和罗丹明640，被加入到EMD 6415油墨的溶液中。这种50 mm 2的大尺寸“印刷像素“呈现均匀且平坦的表面，在50 um x 50 um AFM扫描的不同位置中测量的粗糙度低至1.5 nm。最后，由于通过喷墨印刷制造的增益囊是简单的并且不结合任何调谐或腔元件，所以它们制造简单，具有可忽略的制造成本并且可以用作完全一次性的物品。这项工作为制造真正低成本的可调谐可见光激光器开辟了道路，该技术具有广泛传播的潜力。
2016-05-25 physics.optics
Buried heterostructure vertical-cavity surface-emitting laser with semiconductor mirrors
报道了一种在InGaAs量子阱增益介质上外延再生长的掩埋异质结垂直腔面发射激光器。再生长技术能够实现保持高腔品质因数（加载的$Q\approx$ 4000）并消除在现有方法中发现的寄生充电效应的微尺度横向限制。在增益介质和腔模之间的最佳光谱重叠下（这里在$T$ = 40 K下实现），以低至$P_{\rm th}$ = 10 mW（$λ_{\rm p}$ = 808 nm）的入射光功率获得激光。发现在$P_{\rm p}\approx$ 5 $P_{\rm th}$处的激光线宽为$\approx$ 3 GHz。
2012-08-25 cond-mat.mtrl-sci physics.optics quant-ph
Microring quantum cascade surface emitting lasers
本文提出基于掩埋异质结微环腔的量子级联表面发射激光器，在中红外波段实现小尺寸、低损耗激光，并测得低阈值连续波功耗。
2024-10-25 physics.optics
An optical phase-locking with large and tunable frequency difference based on vertical-cavity surface-emitting laser
提出了一种新的频率差可控的双激光器锁相技术。在我们的装置中，一个边带的电流调制的垂直腔面发射激光器（VCSEL）的相位锁定的主激光器注入播种，而另一边带的VCSEL是用来锁相的从激光器。因此，从激光器与主激光器相位锁定，频率差可调谐到约35 GHz。在种子功率为30 μ W时，从激光器的边带抑制率大于30dB。主设备和从设备之间的外差频谱具有小于1 Hz的线宽。利用这种光束实现了铷原子的相干布居俘获共振。
2007-10-30 astro-ph physics.atom-ph physics.optics
Artificial Perfect Electric Conductor-Perfect Magnetic Conductor Anisotropic Metasurface for Generating Orbital Angular Momentum of Microwave with Nearly Perfect Conversion Efficiency
轨道角动量（OAM）是电磁学和量子力学基础研究中一个很有前途的自由度。OAM具有无限的状态空间，在增强经典和量子通信信道容量方面具有巨大的潜力。通过探索Pancharatnam-Berry相位概念和在具有空间变化取向的超颖表面中设计各向异性散射体，具有零OAM的平面波可以转换为携带非零OAM的涡旋光束。本文提出了两种新型的PEC（perfect electric conductor）-PMC（perfect magnetic conductor）各向异性超颖表面。一个是由方位连续的环路，另一个是由方位不连续的偶极子散射体。两种类型的超颖表面都安装在蘑菇型高阻抗表面上。与先前用于生成OAM的元表面设计相比，所提出的元表面设计实现了近乎完美的转换效率。由于消除了电场的垂直分量，连续超颖表面在近场区域显示出非常平滑的相位图案，这是由离散散射体组成的对流超颖表面所不能实现的。另一方面，具有离散偶极散射体的超颖表面显示出极大的灵活性以产生具有任意拓扑电荷的OAM。我们的工作对高性能OAM生成具有根本性和实际意义。
2016-02-15 physics.class-ph physics.optics
Vertical cavity surface emitting laser action of an all monolithic ZnO-based microcavity
报道了一种全单片ZnO基垂直腔面发射激光器（VCSEL）在光泵浦下的室温激光行为。VCSEL结构由8个ZnO/Zn（0.92）Mg（0.08）O量子阱嵌入外延生长的Zn（0.92）Mg（0.08）O/Zn（0.65）Mg（0.35）O分布布拉格反射器（DBR）中的2λ微腔组成。作为一个先决条件，设计和生长的高反射率的DBR基于ZnO和（Zn，Mg）O的光学器件工作在紫外和蓝绿色光谱范围进行了讨论。
2011-01-10 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Influence of spin dependent carrier dynamics on the properties of a dual-frequency vertical-external-cavity surface-emitting laser (VECSEL)
对双频垂直外腔面发射激光器（VECSEL）的特性进行了理论研究。我们基于San Miguel等人[San Miguel，Feng，and Moloney，Phys.Rev.A \textbf{52}，1728（1995）]引入的思想推导出一个模型，该模型考虑了双频VECSEL的基于量子阱（QW）的增益介质内载流子的自旋动力学。该模型成功地描述了双频VECSEL的许多特性，如模式间的非线性耦合强度行为、模式强度噪声的谱行为以及这些强度噪声之间的相关性。一个很好的协议与实验数据。由于所考虑的激光器是基于cm长的外腔的A类动力学行为，与自旋相关的载流子动力学相关的变量可以被精确地消除。这导致一个简单的分析描述的动态双频VECSEL提供了更好的理解所涉及的物理
2014-07-09 physics.optics quant-ph
Twisted Light and the mirage effect
我们研究了载OAM光束通过水-乙醇柱中折射率垂直梯度的变换。适当的液体混合和入射条件下的解决方案，使光束进行沿垂直方向的镜像反转，形成一个劣质的海市蜃楼。该路径反转光束的手性，并且与在尖锐界面处见证的镜像反转不同，镜像反转平滑地发生，并且拓扑电荷反转伴随着几何变化。也可以在溶液的出口处获得已经部分反转的光束，从而呈现空间变化的轨道通量。
2019-09-10 physics.optics
Cavity solitons in vertical-cavity surface-emitting lasers
我们研究了在大面积非线性光学系统的横截面中通过延迟反馈来控制光的局域结构运动。延迟反馈被发现诱导一个孤立的本地化结构，是固定和稳定的反馈的情况下，自发运动。我们的分析集中在实验相关的系统，即垂直腔面发射激光器（VCSEL）。在没有延迟反馈的情况下，我们提出了实验证据的固定本地化结构在80 $μ$ m孔径VCSEL。局域结构的自发形成发生在激光阈值以上和光注入下。然后，我们考虑了时间延迟的光反馈的影响，并分析研究反馈的相位和载流子寿命对局域结构的自迁移率特性的作用。我们表明，这两个参数强烈影响的二维局域化结构的时空动力学。我们推导出了与局域结构的漂移不稳定性相关的阈值的解析公式和描述移动结构速度随时间缓慢演化的标准形方程。
2014-08-20 nlin.PS physics.optics
Polarization fluctuations in vertical cavity surface emitting lasers: a key to the mechanism behind polarization stability
研究了电子-空穴自旋动力学对垂直腔面发射激光器（VCSEL）发射光偏振涨落的影响。朗之万方程推导的速率方程模型的基础上，包括双折射，二向色性，和两个载流子密度池分别耦合到右，左圆偏振。结果表明，载流子动力学将偏振涨落锁定在激光模式上。这在椭圆率的波动和偏振方向的波动之间的差异中清楚地看到。因此，在椭圆率和偏振方向的偏振波动的单独测量可以提供定量信息的非线性贡献的载流子动态VCSEL中的偏振稳定性。
1997-11-25 adap-org cond-mat nlin.AO
Infrared Vertical External Cavity Surface Emitting Laser Threshold Magnetometer
本文提出一种基于NV中心系综与垂直外腔面发射激光器集成的红外激光阈值磁强计，在10-50 Hz频段实现7.5 nT/√Hz灵敏度，并发现近阈值可饱和吸收现象可显著提升对比度与投影灵敏度。
2024-03-28 physics.ins-det physics.optics
Drifting instabilities of cavity solitons in vertical cavity surface-emitting lasers with frequency selective feedback
本文研究了垂直腔面发射激光器（VCSEL）在外部频率选择反馈（FSF）作用下自推进腔孤子（CS）的形成和动力学特性，并在消除载流子动力学特性的情况下建立了CS的分岔图。对于低泵浦电流，我们发现，他们出现在平凡的解决方案，在那里形成的行波与临界波数的调制不稳定点。对于大电流，自推进孤子的分支通过干草叉分叉与静止孤子的分支合并。我们还表明，2π的反馈相位变化可以将CS（无论是静止还是运动）转换为与相邻纵向外腔模式相关的不同CS。最后，我们调查的载流子动力学的影响，相关的垂直腔面发射激光器。我们发现并分析了静态CS的稳定性性质的定性变化时，增加载流子弛豫时间。除了静止CS的漂移不稳定性，一种新的不稳定性出现在一定范围内的载流子寿命，导致CS中心位置的摆动运动。此外，对于VCSEL的典型载流子弛豫时间，系统可以显示CS的多稳态。
2009-08-27 nlin.PS physics.optics
Polarization dynamics in vertical-cavity surface emitting lasers
本文回顾了垂直腔面发射激光器中的偏振动力学与切换实验，指出需考虑光场相位与非线性效应，并验证了考虑自旋自由度的自旋翻转模型与实验结果定性一致。
2025-07-11 nlin.CD physics.optics quant-ph
The split density model: a unified description of polarization and array dynamics for vertical cavity surface emitting lasers
介绍了描述一般一维或二维垂直腔面发射激光器（vcsel）阵列激光动力学的速率方程模型。结果表明，该理论在一个统一的描述中包含了以前的边发射半导体激光器阵列理论和单量子阱VCSEL中的偏振动力学理论。该模型是基于单独的载流子密度池分别耦合到不同的光场模式的物理假设。这些模式通过从麦克斯韦方程导出的相干光场动力学相互作用。解决了两种密度和两种光场模式的特殊情况，并讨论了对较大阵列的影响。我们的分析结果表明，分裂密度模型的典型解的范围从锁相到混沌，具体取决于相干相互作用的大小。对于弱耦合，稳定的超模总是最高频率的模式。这表明反锁相是半导体激光器阵列中唯一可能的稳定锁相。
1997-05-22 adap-org chao-dyn cond-mat
Intrinsically single-mode cavities: towards PT-symmetric surface-emitting lasers
我们探索一类新的分布反馈（DFB）结构，该结构采用光学中最近发展的宇称时间（PT）对称性概念。我们证明，基于PT对称的纯反射体光栅，垂直腔面发射激光器可以构建。我们提供了一个详细的分析的阈值条件，以及使用Kogelnik耦合波近似的波长和角光谱特性，支持亥姆霍兹方程的精确解。我们证明，这样的PT对称腔可以配置为支持一个且只有一个纵模，从而导致固有的单模激射。
2015-10-28 physics.optics
Vertical-external-cavity surface-emitting lasers and quantum dot lasers
利用腔调控量子点的光子发射为实现量子功能纳米光子器件和量子信息器件提供了前所未有的机会。特别地，在半导体激光器领域中，引入QD作为量子阱的优良替代物，以抑制垂直外腔表面发射激光器（VECSEL）中的阈值电流的温度依赖性。本文综述了半导体垂直腔面发射激光器和量子点激光器的性能和发展。根据垂直腔面发射激光器的特点，重点介绍了半导体量子点垂直腔面发射激光器的技术进展。然后，从单量子点纳米激光器和腔量子电动力学（QED）的观点出发，提出了一个由量子点腔强耦合产生的单量子点腔系统。与现有的半导体VECSEL器件的研究不同的是，我们将涵盖量子点VECSEL器件的基本方面和技术方法。最后，本文对量子点垂直腔面发射激光器技术的发展以及未来量子功能纳米光子器件和单片光子集成电路的发展提供了有益的指导。
2012-04-14 cond-mat.mes-hall physics.ins-det physics.optics
Continuous-wave 1.55 $μ$m diode-pumped surface emitting semiconductor laser for broadband multiplex spectroscopy
利用一台室温工作的垂直外腔面发射激光器，在1550 nm附近进行了时间分辨傅里叶变换干涉法的腔内激光吸收光谱分析。在等效光程为15 km时，半导体盘激光器的高分辨光谱同时覆盖了17 nm。对于65 km的最长路径长度，报告了一秒平均等于1.5 × 10^{-10} cm^{-1}.Hz^{-1/2}/光谱元素的噪声等效吸收系数。
2007-03-09 physics.optics
Quantum Noise and Polarization Fluctuations in Vertical Cavity Surface Emitting Lasers
研究了量子阱垂直腔面发射激光器（VCSEL）中量子噪声引起的偏振涨落。朗之万方程推导的基础上，广义速率方程模型，其中包括竞争的增益-损耗和频率各向异性的影响。这揭示了各向异性和量子阱限制效应如何塑造椭圆率和偏振方向的相关性和波动幅度。根据我们的结果，速率方程中使用的所有参数可以从发射激光的强度和偏振波动的精确时间分辨测量实验获得。为了阐明各向异性和量子阱限制对VCSEL中激光过程的影响，我们因此提出了激光中偏振波动的时间分辨测量。特别是，这种测量允许区分频率各向异性和增益-损耗各向异性的影响，并将提供在连续波操作期间量子阱结构中的自旋弛豫速率的数据，以及代表实验确定线宽增强因子α的新方法。
1997-03-19 adap-org cond-mat nlin.AO
GHz Rate Neuromorphic Photonic Spiking Neural Network with a Single Vertical-Cavity Surface-Emitting Laser (VCSEL)
垂直腔面发射激光器（VCSEL）具有低功耗、高调制速度、结构紧凑、易于制造等优点，是一种非常有前途的用于构建神经形态光子信息处理系统的器件。特别令人感兴趣的是VCSEL能够表现出神经样的尖峰响应，就像生物神经元一样，但在超快的亚纳秒速率;因此为高速光使能的神经形态（基于尖峰）处理器提供了巨大的前景。最近的工作已经显示出使用VCSEL中的尖峰动态用于模式识别和图像处理问题，例如图像数据编码和边缘特征检测。此外，VCSEL最近也被用作光子储备池计算（RC）实现中的非线性元件，产生了出色的现有技术操作。这项工作介绍和实验演示了第一次的Ghz速率光子脉冲神经网络（SNN）的新概念，建立了一个单一的VCSEL神经元。所报道的系统有效地实现了基于VCSEL的光子尖峰水库计算机，并展示了其成功应用于复杂的非线性分类任务。重要的是，所提出的系统受益于高度硬件友好、廉价的实现（用单个VCSEL和现成的光纤组件构建），用于高速（GHz速率输入）和低功率（亚mW光输入功率）光子操作。这些结果为未来基于VCSEL（或其他激光类型）的基于神经形态光子尖峰的信息处理系统开辟了新的途径，用于新型超快机器学习和AI硬件。
2022-06-15 cs.ET physics.optics
Artificial optoelectronic spiking neuron based on a resonant tunnelling diode coupled to a vertical cavity surface emitting laser
可激发的光电器件代表了在神经形态（脑启发）光子系统中实现人工尖峰神经元的关键构建块之一。本文介绍并实验研究了一种光-电-光（O/E/O）人工神经元，该人工神经元以共振隧穿二极管（RTD）作为接收器，以垂直腔面发射激光器作为发射器。我们证明了一个定义明确的兴奋性阈值，在此之上，这个神经元产生100纳秒的光学尖峰响应与特征神经样不应期。我们利用其扇入功能来执行设备内符合检测（逻辑与）和异或（XOR）任务。这些结果提供了第一个实验验证的确定性触发和任务的RTD为基础的尖峰光电神经元的输入和输出光（I/O）终端。此外，我们还在理论上研究了所提出的系统的纳米光子实施与单片设计相结合的纳米级RTD元件和纳米激光器的前景;因此，展示了集成RTD为基础的可激发节点的潜力低足迹，高速光电尖峰神经元在未来的neuromorphic光子硬件。
2022-06-22 cs.ET cs.NE physics.app-ph
Parity-Time Symmetry in Coherently Coupled Vertical Cavity Laser Arrays
本研究针对电注入相干耦合垂直腔面发射激光器阵列，采用含非对称增益与局部频率失谐的时域耦合模理论分析其非厄米性，预测光束转向等现象，并通过实验验证了模式演化、跳变及PT对称性破缺与理论定量吻合。
2016-12-13 physics.optics
Bose-Einstein condensation of photons in a vertical-cavity surface-emitting laser
本文在正失谐垂直腔面发射激光器中首次实现光子玻色-爱因斯坦凝聚，验证二维热平衡状态方程，并揭示驱动-耗散机制与受激冷却效应，为光子超流物理和大孔径单模高功率发射开辟新途径。
2023-08-10 cond-mat.quant-gas physics.optics
Perovskite quantum dot topological laser
最近，各种拓扑激光器概念已经能够证明不受结构变形影响并且耐受制造缺陷的鲁棒发光器件。当前实现的具有拓扑边界的光子腔通常受到外耦合问题或方向性差的限制，并且需要复杂的设计和制造，这阻碍了在小波长下的操作。在这里，我们提出了一个拓扑腔设计的基础上，两个一维光子晶体与不同的Zak阶段之间的界面状态，并展示了光刻免费，单模钙钛矿激光器发射的绿色。溶液处理的全无机铯铅卤化物钙钛矿量子点的几个单层被用作半导体增益介质。拓扑激光器具有类似于垂直腔面发射激光器（VCSEL）的具有大输出孔径的平面设计，并且对增益介质的厚度的变化（从深亚波长到厚量子点膜）具有鲁棒性。这一实验观察也揭示了VCSEL的拓扑性质，这在传统法布里-珀罗腔激光器的描述中通常被忽视。设计简单性和拓扑特性使得这种钙钛矿量子点激光器架构适合于在可见光谱区域上操作的低成本和制造耐受性垂直发射激光器。
2022-05-30 physics.optics
Ultrafast and widely tuneable vertical-external-cavity surface-emitting laser, mode-locked by a graphene-integrated distributed Bragg reflector
我们报告了一种通用的和具有成本效益的方式来控制基于石墨烯的可饱和吸收体（GSA）的不饱和损耗、调制深度和饱和通量，通过改变SLG和高反射镜之间的间隔物的厚度。这允许我们调制的电场强度增强在GSA从0到400%，由于入射光和反射光在镜子的干涉。SLG反射镜组件的不饱和损耗可以减小到$\sim$ 0。我们用它来锁模从935到981 nm的VECSEL。这种方法可以应用于将SLG集成到各种光学元件中，例如输出耦合镜、色散镜、增益材料上的介质涂层。相反，它也可以用于增加各种基于石墨烯的光子学和光电子器件（如光电探测器）的吸收（高达10%）。
2013-10-08 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Hybrid vertical-cavity laser with lateral emission into a silicon waveguide
我们实验证明了一个光泵III-V/Si垂直腔激光器与横向发射到硅波导。这种片上混合激光器包括分布式布拉格反射器、III-V有源层和高对比度光栅反射器，其同时将光汇集到与激光器集成的波导中。该激光器具有长波长垂直腔面发射激光器的优点，如低阈值和高边模抑制比，同时允许与硅光子电路集成，并使用CMOS兼容工艺制造。它具有超过100 Gbit/s的超高速操作的潜力，并具有一种新颖的横模控制机制。
2014-11-10 physics.optics
Neuron Surface Emitting Laser (NeuronSEL): Spiking Regimes and Negative Differential Resistance in Solitary Multi-junction VCSELs
University of Strathclyde（斯特拉斯克莱德大学）；Cardiff University（卡迪夫大学）
本文提出NeuronSEL，一种具备神经脉冲发射和负微分电阻特性的紧凑型多结VCSEL，展示了其在光子神经形态计算中的应用潜力。
2026-04-14 physics.optics
Ridge polariton laser: different from a semiconductor edge-emitting laser
我们实验证明了脊极化激元激光器，和传统的边发射脊激光器下的电子空穴粒子数反转的区别。水平激光腔是20 - 60 $μ$ m长的GAN蚀刻脊结构，具有垂直布拉格反射器。我们研究了光泵浦下的激光阈值，并定量地评估了不同光泵浦长度的影响。实现的激光效应的激子水库长度的腔长的15%，这将是不可能的，在传统的脊激光器，与无反转极化激子增益约10倍大于等效的GAN激光器。的腔自由光谱范围的建模演示的模式的极化激元的性质。
2022-10-07 physics.optics
Direct observation of higher-order whispering-gallery modes in VCSELs at room temperature by embedding a defect-free surface micro-structure
我们提出并证明了一种直接的方法来观察高阶回音壁模式在垂直腔面发射激光器（VCSEL）在室温下。而不是引入任何缺陷模式，我们表明，抑制低阶腔模式可以通过破坏垂直反射器的表面微结构来实现。通过收集近场辐射图，在实验中观察到了由本征氧化层横向限制的高达23个方位阶的回音壁模。在实验和数值模拟中，通过谱图识别了各种垂直发射横模。
2007-11-14 physics.optics
Stochastically sustained population oscillations in high-beta nanolasers
非线性动力学系统涉及小种群的个人可能会维持振荡的人口密度所产生的离散变化的人口数量由于随机事件。通过将这些想法应用到纳米激光器的工作与少量的发射偶极子和光子在阈值，我们表明，这样的激光器应该显示光子和偶极子的人口周期高于阈值，这应该是一个可观察到的周期性调制的纳米激光器输出的二阶关联函数。最近报道了在单模垂直腔面发射半导体激光器中的这种调制。
2012-12-14 physics.optics
From vertical-cavities to hybrid metal/photonic-crystal nanocavities: Towards high-efficiency nanolasers
我们提供了一个数值研究表明，一个底部反射器是必不可少的实现单向发射的光子晶体（PhC）纳米激光器。首先，我们研究了一个悬浮在由电介质或金属衬底形成的平面镜上的PHC平板纳米腔。我们发现，激光器的垂直发射可以增强超过6倍的设备相比，在没有镜子。然后，我们研究的情况下，在一个平面的金属表面接触的PhC纳米腔。下面的金属衬底可以用作电流通路和散热器，这将有助于在室温下实现连续波激光操作。以1.3 μ m发射的激光器的设计表明，假设室温金作为衬底，可以实现超过1，000的相对高的腔Q。此外，可以实现辐射效率超过50%的线偏振单向垂直发射。最后，我们讨论了这种混合设计涉及到各种等离子体腔，并提出了一个有用的定量测量的程度的“等离子体”字符在一个一般的金属纳米腔。
2011-09-01 physics.optics
