[实用新型]基于长波长自旋VCSEL的极化输出转换装置

说明书

技术领域

本实用新型“一种基于长波长自旋VCSEL的极化输出转换装置”属于信息技术领域，具体涉及一种基于长波长自旋VCSEL的极化输出转换装置。

背景技术

自旋电子学是将磁学和微电子学相结合，利用电子的自旋和磁矩来操控电子自旋自由度的一门学科，它主要研究电子自旋极化、自旋输运等特性，从而为设计、研制新的自旋电子器件提供理论和实验支持。自1990年Datta和Das首次提出自旋晶体管以来，自旋电子学便受到了广泛的关注。随后，一些更具实际应用前景的自旋光电子器件被相继提出。其中，自旋极化光源通过注入自旋极化的电子(或空穴)到有源区，并与非极化的空穴(或电子)辐射复合产生左旋或右旋圆极化光。这种电子自旋与光学极化直接联系，使自旋极化光源在自旋探测、编码、可重构的光互连、先进的光转换器件等方面展现出巨大的应用前景，从而成为自旋电子学的研究热点之一。

目前研究的自旋极化光源主要包括自旋发光二极管(LED)和自旋垂直腔面发射激光器(VCSEL)，人们一直试图通过优化器件设计方案，提高自旋极化光源的性能，以期获得室温条件工作下极化动力学可控的自旋极化光源。相比于自旋LED，自旋垂直腔面发射激光器具有更快的调制动力学、更低的阈值工作电流及更强的极化控制能力。自旋垂直腔面发射激光器具有的较强的极化输出可控性为其在宽带光通信、量子编码、可重构的光互联等方面的应用提供了可能。更为重要的是，自旋垂直腔面发射激光器不仅符合自旋电子学对法拉第结构的要求，且其侧向各向同性、具有近乎完美的圆对称结构，从而使得自旋VCSEL成为了自旋激光器的首选。

2005年，美国密歇根大学的Holub等首次成功制备了电泵浦自旋VCSEL，随后，电泵浦自旋VCSEL的研发取得了一系列突破性进展，然而，与电泵浦自旋VCSEL相比，自旋VCSEL也可以采用光泵浦来获取自旋取向的载流子，这为自旋VCSEL激射光极化特性的控制提供了一种新颖的方式，并为研究自旋VCSEL基本的物理机理提供了一条路径。目前，基于光泵浦自旋VCSEL的研究主要聚焦于提高激光器工作温度和降低激光器的工作阈值。特别的是，光泵浦自旋VCSEL的极化非线性动力学也受到了关注，如Gahl等理论研究了光泵浦VCSEL输出的极化动力学行为，讨论了横向磁场对光泵浦下自旋VCSEL输出极化特性的影响；和Gerhardt等先后利用脉冲光和连续光泵浦研究了室温下自旋VCSEL的极化特性，证实了利用自旋极化光泵浦可实现对激光器极化输出特性的控制。2009年，Ikeda等实验证实了基于(110)GaAs的光泵浦自旋VCSELs在77K时可获得速率达GHz的超快圆极化光输出。上述研究已经证明泵浦光的极化度能有效控制自旋VCSEL输出光的极化度，然而，仅仅通过泵浦控制激光器极化输出的方式还不能使激光器获得高极化度输出，且现有的研究主要聚焦于短波长自旋VCSEL。最近，Schires等在室温和连续光泵浦条件下首次实验研究了1300nm稀氮化物自旋VCSEL的极化输出特性，这为长波长自旋VCSEL在信息处理领域的实际应用开拓了一条新的有效途径。显然，研究长波长自旋VCSEL的极化动力学及其应用具有重要的现实意义。

此外，光注入方式可以使激光器处于稳定的锁定态，且易于调节和控制，它已经被证明是一种控制激光器非线性动态输出的有效手段。因此，利用圆偏振光光注入有利于提高长波长自旋VCSEL输出的极化度并实现对极化输出转换的精确控制，这无疑将对长波长自旋VCSEL在极化相关的转换、光信息和数据存储、编码通信等领域的应用起到极大的推动作用。

实用新型内容

为解决上述技术问题，本实用新型的目的是提供一种能够利用光注入精确控制长波长自旋VCSEL输出的极化度并实现极化输出转换的基于长波长自旋VCSEL的极化输出转换装置。

本实用新型基于长波长自旋VCSEL的极化输出转换装置，其特征在于，包括分析控制模块电路，分别与所述的分析控制模块电路连接的泵浦光注入模块电路、圆偏振光注入模块电路、极化光输出模块电路，其中，

所述泵浦光注入模块电路包括：产生980nm泵浦光的泵浦光激光器，与所述泵浦光激光器依次串联的第一隔离器、第一偏振控制器，还包括与所述泵浦光激光器连接的电流控制器、第一温度控制器，所述泵浦光激光器产生的980nm泵浦光经过第一隔离器、第一偏振控制器输出，所述的第一隔离器使泵浦光单向注入，所述的第一偏振控制器调整泵浦光的偏振态；