Time-localized structures in vertical cavity surface-emitting laser

Description

Localized Structures (LS) appear in nonlinear dissipative media with large aspect-ratios where one or several solutions coexist in the parameters space. Although LS formation is a general phenomenon, their implementation in semiconductor lasers is of great interest due to the potential of LS for all-optical data processing. In fact, the basic idea consists in using LS as bits of information exploiting their property of addressability in a fast and small-sized medium. In this contribution, I will show the experimental and theoretical results obtained in Vertical Cavity Surface-Emitting Lasers (VCSELs). After a brief historical introduction on spatial LS emerging in the transverse profile of VCSELs, I will describe our method for the generation of temporal LS, that we observed in the frame of passive mode-locking when the VCSEL is coupled to a long external cavity closed by a fast saturable absorber, and vectorial LS, whose formation exploits the polarization degree of freedom of the VCSEL, which is submitted to the actions of a polarization-selective feedback (PSF) and a crossed-polarization reinjection (XPR).

Abstract (French)

Les Structures Localisées (SL) se forment dans les milieux non-linéaires dissipatifs à large rapport d'aspect où une ou plusieurs solutions peuvent coexister dans l'espace des paramètres. Bien que la formation des SL est un phénomène général, leur mise en œuvre dans les lasers à semi-conducteur se montre très intéressante due au potentiel qu'offre les SL pour le traitement tout optique de l'information. En effet, l'idée de base est d'utiliser les SL comme des bits d'information en exploitant leur propriété d'addressabilité dans un milieu laser rapide et miniaturisé. Dans ce travail, je décrirai les résultats théoriques et expérimentaux obtenus dans les lasers à semi-conducteur à cavité vertical (VCSEL). Après une courte introduction sur les SL spatiales déjà observées dans la section transverse des VCSELs, j'expliquerai comment nous sommes parvenus à générer des SL temporelles à partir d'un régime de Mode-Locking passif obtenu quand le laser est couplé à une longue cavité externe fermée par un absorbant saturable rapide. Nous avons également observé l'émergence d'un autre type de SL, les SL temporelles vectorielles, dont le mécanisme de formation exploite le degré de liberté de polarisation de la lumière émise par le VCSEL alors que celui-ci est soumis à de la rétro-action optique sélective en polarisation (PSF) et de la réinjection de polarisation croisée (XPR).

Additional details