Abstract

We demonstrate that high-frequency, narrow-band, self-pulsating intensity oscillation can be generated with two coupled vertical-cavity surface-emitting lasers (VCSELs) and that such oscillation is greatly enhanced by collecting one of the two field lobes. The coupled VCSELs provide an ideal source for high-repetition-rate (over 40 GHz), sinusoidallike modulated laser light with Gaussian-like near- and far-field profiles. We also show that the modulation frequency can be tuned by inter-VCSEL separation or by a dc bias level.

© 2002 Optical Society of America

Full Article  |  PDF Article

References

  • View by:
  • |
  • |
  • |

  1. T. Hoshida, H. Liu, M. Tsuchiya, Y. Ogawa, and T. Kamiya, IEEE J. Sel. Top. Quantum Electron. 2, 514 (1996).
    [CrossRef]
  2. R. Nagarajan, S. Levy, A. Mar, and J. Bowers, IEEE Photon. Technol. Lett. 5, 4 (1993).
    [CrossRef]
  3. R. A. Barry, V. W. S. Chan, K. L. Hall, E. S. Kintzer, J. D. Moores, K. A. Rauschenbach, E. A. Swanson, L. E. Adams, C. R. Doerr, S. G. Finn, H. A. Haus, E. P. Ippen, W. S. Wong, and M. Haner, IEEE J. Sel. Areas Commun. 14, 999 (1996).
    [CrossRef]
  4. D. M. Spirit, A. Ellis, and P. Barnsley, IEEE Commun. Mag. (December1994), p. 56.
    [CrossRef]
  5. U. Feiste, D. As, and A. Ehrhardt, IEEE Photon. Technol. Lett. 6, 106 (1994).
    [CrossRef]
  6. A. Daryoush, IEEE Trans. Microwave Theory Tech. 38, 467 (1990).
    [CrossRef]
  7. M. Moehrle, U. Feiste, J. Hoerer, R. Molt, and B. Sartorius, IEEE Photon. Technol. Lett. 4, 976 (1992).
    [CrossRef]
  8. K. A. Shore and T. E. Rozzi, Opt. Quantum Electron. 14, 465 (1982).
    [CrossRef]
  9. K. A. Shore and T. E. Rozzi, Opt. Quantum Electron. 15, 497 (1983).
    [CrossRef]
  10. K. A. Shore and T. E. Rozzi, IEEE J. Quantum Electron. 20, 246 (1984).
    [CrossRef]
  11. K. A. Shore, Appl. Opt. 23, 1386 (1984).
    [CrossRef]
  12. T. E. Rozzi and K. A. Shore, J. Opt. Soc. Am. B 2, 237 (1985).
    [CrossRef]
  13. K. A. Shore, Proc. SPIE 667, 109 (1986).
    [CrossRef]
  14. G. A. Wilson, R. K. DeFreez, and H. G. Winful, IEEE J. Quantum Electron. 27, 1696 (1991).
    [CrossRef]
  15. C. Z. Ning and P. Goorjian, J. Appl. Phys. 90, 497 (2001).
    [CrossRef]
  16. C. Z. Ning, R. A. Indik, and J. V. Moloney, IEEE J. Quantum Electron. 33, 1543 (1997).
    [CrossRef]
  17. C. Z. Ning and P. M. Goorjian, J. Opt. Soc. Am. B 16, 2072 (1999).
    [CrossRef]
  18. D. K. Serkland, K. D. Choquette, G. R. Hadley, K. M. Geib, and A. Allerman, Appl. Phys. Lett. 75, 3754 (1999).
    [CrossRef]
  19. D. Zhou and L. J. Mawst, Appl. Phys. Lett. 77, 2307 (2000).
    [CrossRef]

2001 (1)

C. Z. Ning and P. Goorjian, J. Appl. Phys. 90, 497 (2001).
[CrossRef]

2000 (1)

D. Zhou and L. J. Mawst, Appl. Phys. Lett. 77, 2307 (2000).
[CrossRef]

1999 (2)

C. Z. Ning and P. M. Goorjian, J. Opt. Soc. Am. B 16, 2072 (1999).
[CrossRef]

D. K. Serkland, K. D. Choquette, G. R. Hadley, K. M. Geib, and A. Allerman, Appl. Phys. Lett. 75, 3754 (1999).
[CrossRef]

1997 (1)

C. Z. Ning, R. A. Indik, and J. V. Moloney, IEEE J. Quantum Electron. 33, 1543 (1997).
[CrossRef]

1996 (2)

R. A. Barry, V. W. S. Chan, K. L. Hall, E. S. Kintzer, J. D. Moores, K. A. Rauschenbach, E. A. Swanson, L. E. Adams, C. R. Doerr, S. G. Finn, H. A. Haus, E. P. Ippen, W. S. Wong, and M. Haner, IEEE J. Sel. Areas Commun. 14, 999 (1996).
[CrossRef]

T. Hoshida, H. Liu, M. Tsuchiya, Y. Ogawa, and T. Kamiya, IEEE J. Sel. Top. Quantum Electron. 2, 514 (1996).
[CrossRef]

1994 (2)

D. M. Spirit, A. Ellis, and P. Barnsley, IEEE Commun. Mag. (December1994), p. 56.
[CrossRef]

U. Feiste, D. As, and A. Ehrhardt, IEEE Photon. Technol. Lett. 6, 106 (1994).
[CrossRef]

1993 (1)

R. Nagarajan, S. Levy, A. Mar, and J. Bowers, IEEE Photon. Technol. Lett. 5, 4 (1993).
[CrossRef]

1992 (1)

M. Moehrle, U. Feiste, J. Hoerer, R. Molt, and B. Sartorius, IEEE Photon. Technol. Lett. 4, 976 (1992).
[CrossRef]

1991 (1)

G. A. Wilson, R. K. DeFreez, and H. G. Winful, IEEE J. Quantum Electron. 27, 1696 (1991).
[CrossRef]

1990 (1)

A. Daryoush, IEEE Trans. Microwave Theory Tech. 38, 467 (1990).
[CrossRef]

1986 (1)

K. A. Shore, Proc. SPIE 667, 109 (1986).
[CrossRef]

1985 (1)

1984 (2)

K. A. Shore and T. E. Rozzi, IEEE J. Quantum Electron. 20, 246 (1984).
[CrossRef]

K. A. Shore, Appl. Opt. 23, 1386 (1984).
[CrossRef]

1983 (1)

K. A. Shore and T. E. Rozzi, Opt. Quantum Electron. 15, 497 (1983).
[CrossRef]

1982 (1)

K. A. Shore and T. E. Rozzi, Opt. Quantum Electron. 14, 465 (1982).
[CrossRef]

Adams, L. E.

R. A. Barry, V. W. S. Chan, K. L. Hall, E. S. Kintzer, J. D. Moores, K. A. Rauschenbach, E. A. Swanson, L. E. Adams, C. R. Doerr, S. G. Finn, H. A. Haus, E. P. Ippen, W. S. Wong, and M. Haner, IEEE J. Sel. Areas Commun. 14, 999 (1996).
[CrossRef]

Allerman, A.

D. K. Serkland, K. D. Choquette, G. R. Hadley, K. M. Geib, and A. Allerman, Appl. Phys. Lett. 75, 3754 (1999).
[CrossRef]

As, D.

U. Feiste, D. As, and A. Ehrhardt, IEEE Photon. Technol. Lett. 6, 106 (1994).
[CrossRef]

Barnsley, P.

D. M. Spirit, A. Ellis, and P. Barnsley, IEEE Commun. Mag. (December1994), p. 56.
[CrossRef]

Barry, R. A.

R. A. Barry, V. W. S. Chan, K. L. Hall, E. S. Kintzer, J. D. Moores, K. A. Rauschenbach, E. A. Swanson, L. E. Adams, C. R. Doerr, S. G. Finn, H. A. Haus, E. P. Ippen, W. S. Wong, and M. Haner, IEEE J. Sel. Areas Commun. 14, 999 (1996).
[CrossRef]

Bowers, J.

R. Nagarajan, S. Levy, A. Mar, and J. Bowers, IEEE Photon. Technol. Lett. 5, 4 (1993).
[CrossRef]

Chan, V. W. S.

R. A. Barry, V. W. S. Chan, K. L. Hall, E. S. Kintzer, J. D. Moores, K. A. Rauschenbach, E. A. Swanson, L. E. Adams, C. R. Doerr, S. G. Finn, H. A. Haus, E. P. Ippen, W. S. Wong, and M. Haner, IEEE J. Sel. Areas Commun. 14, 999 (1996).
[CrossRef]

Choquette, K. D.

D. K. Serkland, K. D. Choquette, G. R. Hadley, K. M. Geib, and A. Allerman, Appl. Phys. Lett. 75, 3754 (1999).
[CrossRef]

Daryoush, A.

A. Daryoush, IEEE Trans. Microwave Theory Tech. 38, 467 (1990).
[CrossRef]

DeFreez, R. K.

G. A. Wilson, R. K. DeFreez, and H. G. Winful, IEEE J. Quantum Electron. 27, 1696 (1991).
[CrossRef]

Doerr, C. R.

R. A. Barry, V. W. S. Chan, K. L. Hall, E. S. Kintzer, J. D. Moores, K. A. Rauschenbach, E. A. Swanson, L. E. Adams, C. R. Doerr, S. G. Finn, H. A. Haus, E. P. Ippen, W. S. Wong, and M. Haner, IEEE J. Sel. Areas Commun. 14, 999 (1996).
[CrossRef]

Ehrhardt, A.

U. Feiste, D. As, and A. Ehrhardt, IEEE Photon. Technol. Lett. 6, 106 (1994).
[CrossRef]

Ellis, A.

D. M. Spirit, A. Ellis, and P. Barnsley, IEEE Commun. Mag. (December1994), p. 56.
[CrossRef]

Feiste, U.

U. Feiste, D. As, and A. Ehrhardt, IEEE Photon. Technol. Lett. 6, 106 (1994).
[CrossRef]

M. Moehrle, U. Feiste, J. Hoerer, R. Molt, and B. Sartorius, IEEE Photon. Technol. Lett. 4, 976 (1992).
[CrossRef]

Finn, S. G.

R. A. Barry, V. W. S. Chan, K. L. Hall, E. S. Kintzer, J. D. Moores, K. A. Rauschenbach, E. A. Swanson, L. E. Adams, C. R. Doerr, S. G. Finn, H. A. Haus, E. P. Ippen, W. S. Wong, and M. Haner, IEEE J. Sel. Areas Commun. 14, 999 (1996).
[CrossRef]

Geib, K. M.

D. K. Serkland, K. D. Choquette, G. R. Hadley, K. M. Geib, and A. Allerman, Appl. Phys. Lett. 75, 3754 (1999).
[CrossRef]

Goorjian, P.

C. Z. Ning and P. Goorjian, J. Appl. Phys. 90, 497 (2001).
[CrossRef]

Goorjian, P. M.

Hadley, G. R.

D. K. Serkland, K. D. Choquette, G. R. Hadley, K. M. Geib, and A. Allerman, Appl. Phys. Lett. 75, 3754 (1999).
[CrossRef]

Hall, K. L.

R. A. Barry, V. W. S. Chan, K. L. Hall, E. S. Kintzer, J. D. Moores, K. A. Rauschenbach, E. A. Swanson, L. E. Adams, C. R. Doerr, S. G. Finn, H. A. Haus, E. P. Ippen, W. S. Wong, and M. Haner, IEEE J. Sel. Areas Commun. 14, 999 (1996).
[CrossRef]

Haner, M.

R. A. Barry, V. W. S. Chan, K. L. Hall, E. S. Kintzer, J. D. Moores, K. A. Rauschenbach, E. A. Swanson, L. E. Adams, C. R. Doerr, S. G. Finn, H. A. Haus, E. P. Ippen, W. S. Wong, and M. Haner, IEEE J. Sel. Areas Commun. 14, 999 (1996).
[CrossRef]

Haus, H. A.

R. A. Barry, V. W. S. Chan, K. L. Hall, E. S. Kintzer, J. D. Moores, K. A. Rauschenbach, E. A. Swanson, L. E. Adams, C. R. Doerr, S. G. Finn, H. A. Haus, E. P. Ippen, W. S. Wong, and M. Haner, IEEE J. Sel. Areas Commun. 14, 999 (1996).
[CrossRef]

Hoerer, J.

M. Moehrle, U. Feiste, J. Hoerer, R. Molt, and B. Sartorius, IEEE Photon. Technol. Lett. 4, 976 (1992).
[CrossRef]

Hoshida, T.

T. Hoshida, H. Liu, M. Tsuchiya, Y. Ogawa, and T. Kamiya, IEEE J. Sel. Top. Quantum Electron. 2, 514 (1996).
[CrossRef]

Indik, R. A.

C. Z. Ning, R. A. Indik, and J. V. Moloney, IEEE J. Quantum Electron. 33, 1543 (1997).
[CrossRef]

Ippen, E. P.

R. A. Barry, V. W. S. Chan, K. L. Hall, E. S. Kintzer, J. D. Moores, K. A. Rauschenbach, E. A. Swanson, L. E. Adams, C. R. Doerr, S. G. Finn, H. A. Haus, E. P. Ippen, W. S. Wong, and M. Haner, IEEE J. Sel. Areas Commun. 14, 999 (1996).
[CrossRef]

Kamiya, T.

T. Hoshida, H. Liu, M. Tsuchiya, Y. Ogawa, and T. Kamiya, IEEE J. Sel. Top. Quantum Electron. 2, 514 (1996).
[CrossRef]

Kintzer, E. S.

R. A. Barry, V. W. S. Chan, K. L. Hall, E. S. Kintzer, J. D. Moores, K. A. Rauschenbach, E. A. Swanson, L. E. Adams, C. R. Doerr, S. G. Finn, H. A. Haus, E. P. Ippen, W. S. Wong, and M. Haner, IEEE J. Sel. Areas Commun. 14, 999 (1996).
[CrossRef]

Levy, S.

R. Nagarajan, S. Levy, A. Mar, and J. Bowers, IEEE Photon. Technol. Lett. 5, 4 (1993).
[CrossRef]

Liu, H.

T. Hoshida, H. Liu, M. Tsuchiya, Y. Ogawa, and T. Kamiya, IEEE J. Sel. Top. Quantum Electron. 2, 514 (1996).
[CrossRef]

Mar, A.

R. Nagarajan, S. Levy, A. Mar, and J. Bowers, IEEE Photon. Technol. Lett. 5, 4 (1993).
[CrossRef]

Mawst, L. J.

D. Zhou and L. J. Mawst, Appl. Phys. Lett. 77, 2307 (2000).
[CrossRef]

Moehrle, M.

M. Moehrle, U. Feiste, J. Hoerer, R. Molt, and B. Sartorius, IEEE Photon. Technol. Lett. 4, 976 (1992).
[CrossRef]

Moloney, J. V.

C. Z. Ning, R. A. Indik, and J. V. Moloney, IEEE J. Quantum Electron. 33, 1543 (1997).
[CrossRef]

Molt, R.

M. Moehrle, U. Feiste, J. Hoerer, R. Molt, and B. Sartorius, IEEE Photon. Technol. Lett. 4, 976 (1992).
[CrossRef]

Moores, J. D.

R. A. Barry, V. W. S. Chan, K. L. Hall, E. S. Kintzer, J. D. Moores, K. A. Rauschenbach, E. A. Swanson, L. E. Adams, C. R. Doerr, S. G. Finn, H. A. Haus, E. P. Ippen, W. S. Wong, and M. Haner, IEEE J. Sel. Areas Commun. 14, 999 (1996).
[CrossRef]

Nagarajan, R.

R. Nagarajan, S. Levy, A. Mar, and J. Bowers, IEEE Photon. Technol. Lett. 5, 4 (1993).
[CrossRef]

Ning, C. Z.

C. Z. Ning and P. Goorjian, J. Appl. Phys. 90, 497 (2001).
[CrossRef]

C. Z. Ning and P. M. Goorjian, J. Opt. Soc. Am. B 16, 2072 (1999).
[CrossRef]

C. Z. Ning, R. A. Indik, and J. V. Moloney, IEEE J. Quantum Electron. 33, 1543 (1997).
[CrossRef]

Ogawa, Y.

T. Hoshida, H. Liu, M. Tsuchiya, Y. Ogawa, and T. Kamiya, IEEE J. Sel. Top. Quantum Electron. 2, 514 (1996).
[CrossRef]

Rauschenbach, K. A.

R. A. Barry, V. W. S. Chan, K. L. Hall, E. S. Kintzer, J. D. Moores, K. A. Rauschenbach, E. A. Swanson, L. E. Adams, C. R. Doerr, S. G. Finn, H. A. Haus, E. P. Ippen, W. S. Wong, and M. Haner, IEEE J. Sel. Areas Commun. 14, 999 (1996).
[CrossRef]

Rozzi, T. E.

T. E. Rozzi and K. A. Shore, J. Opt. Soc. Am. B 2, 237 (1985).
[CrossRef]

K. A. Shore and T. E. Rozzi, IEEE J. Quantum Electron. 20, 246 (1984).
[CrossRef]

K. A. Shore and T. E. Rozzi, Opt. Quantum Electron. 15, 497 (1983).
[CrossRef]

K. A. Shore and T. E. Rozzi, Opt. Quantum Electron. 14, 465 (1982).
[CrossRef]

Sartorius, B.

M. Moehrle, U. Feiste, J. Hoerer, R. Molt, and B. Sartorius, IEEE Photon. Technol. Lett. 4, 976 (1992).
[CrossRef]

Serkland, D. K.

D. K. Serkland, K. D. Choquette, G. R. Hadley, K. M. Geib, and A. Allerman, Appl. Phys. Lett. 75, 3754 (1999).
[CrossRef]

Shore, K. A.

K. A. Shore, Proc. SPIE 667, 109 (1986).
[CrossRef]

T. E. Rozzi and K. A. Shore, J. Opt. Soc. Am. B 2, 237 (1985).
[CrossRef]

K. A. Shore and T. E. Rozzi, IEEE J. Quantum Electron. 20, 246 (1984).
[CrossRef]

K. A. Shore, Appl. Opt. 23, 1386 (1984).
[CrossRef]

K. A. Shore and T. E. Rozzi, Opt. Quantum Electron. 15, 497 (1983).
[CrossRef]

K. A. Shore and T. E. Rozzi, Opt. Quantum Electron. 14, 465 (1982).
[CrossRef]

Spirit, D. M.

D. M. Spirit, A. Ellis, and P. Barnsley, IEEE Commun. Mag. (December1994), p. 56.
[CrossRef]

Swanson, E. A.

R. A. Barry, V. W. S. Chan, K. L. Hall, E. S. Kintzer, J. D. Moores, K. A. Rauschenbach, E. A. Swanson, L. E. Adams, C. R. Doerr, S. G. Finn, H. A. Haus, E. P. Ippen, W. S. Wong, and M. Haner, IEEE J. Sel. Areas Commun. 14, 999 (1996).
[CrossRef]

Tsuchiya, M.

T. Hoshida, H. Liu, M. Tsuchiya, Y. Ogawa, and T. Kamiya, IEEE J. Sel. Top. Quantum Electron. 2, 514 (1996).
[CrossRef]

Wilson, G. A.

G. A. Wilson, R. K. DeFreez, and H. G. Winful, IEEE J. Quantum Electron. 27, 1696 (1991).
[CrossRef]

Winful, H. G.

G. A. Wilson, R. K. DeFreez, and H. G. Winful, IEEE J. Quantum Electron. 27, 1696 (1991).
[CrossRef]

Wong, W. S.

R. A. Barry, V. W. S. Chan, K. L. Hall, E. S. Kintzer, J. D. Moores, K. A. Rauschenbach, E. A. Swanson, L. E. Adams, C. R. Doerr, S. G. Finn, H. A. Haus, E. P. Ippen, W. S. Wong, and M. Haner, IEEE J. Sel. Areas Commun. 14, 999 (1996).
[CrossRef]

Zhou, D.

D. Zhou and L. J. Mawst, Appl. Phys. Lett. 77, 2307 (2000).
[CrossRef]

Appl. Opt. (1)

Appl. Phys. Lett. (2)

D. K. Serkland, K. D. Choquette, G. R. Hadley, K. M. Geib, and A. Allerman, Appl. Phys. Lett. 75, 3754 (1999).
[CrossRef]

D. Zhou and L. J. Mawst, Appl. Phys. Lett. 77, 2307 (2000).
[CrossRef]

IEEE Commun. Mag. (1)

D. M. Spirit, A. Ellis, and P. Barnsley, IEEE Commun. Mag. (December1994), p. 56.
[CrossRef]

IEEE J. Quantum Electron. (3)

K. A. Shore and T. E. Rozzi, IEEE J. Quantum Electron. 20, 246 (1984).
[CrossRef]

G. A. Wilson, R. K. DeFreez, and H. G. Winful, IEEE J. Quantum Electron. 27, 1696 (1991).
[CrossRef]

C. Z. Ning, R. A. Indik, and J. V. Moloney, IEEE J. Quantum Electron. 33, 1543 (1997).
[CrossRef]

IEEE J. Sel. Areas Commun. (1)

R. A. Barry, V. W. S. Chan, K. L. Hall, E. S. Kintzer, J. D. Moores, K. A. Rauschenbach, E. A. Swanson, L. E. Adams, C. R. Doerr, S. G. Finn, H. A. Haus, E. P. Ippen, W. S. Wong, and M. Haner, IEEE J. Sel. Areas Commun. 14, 999 (1996).
[CrossRef]

IEEE J. Sel. Top. Quantum Electron. (1)

T. Hoshida, H. Liu, M. Tsuchiya, Y. Ogawa, and T. Kamiya, IEEE J. Sel. Top. Quantum Electron. 2, 514 (1996).
[CrossRef]

IEEE Photon. Technol. Lett. (3)

R. Nagarajan, S. Levy, A. Mar, and J. Bowers, IEEE Photon. Technol. Lett. 5, 4 (1993).
[CrossRef]

U. Feiste, D. As, and A. Ehrhardt, IEEE Photon. Technol. Lett. 6, 106 (1994).
[CrossRef]

M. Moehrle, U. Feiste, J. Hoerer, R. Molt, and B. Sartorius, IEEE Photon. Technol. Lett. 4, 976 (1992).
[CrossRef]

IEEE Trans. Microwave Theory Tech. (1)

A. Daryoush, IEEE Trans. Microwave Theory Tech. 38, 467 (1990).
[CrossRef]

J. Appl. Phys. (1)

C. Z. Ning and P. Goorjian, J. Appl. Phys. 90, 497 (2001).
[CrossRef]

J. Opt. Soc. Am. B (2)

Opt. Quantum Electron. (2)

K. A. Shore and T. E. Rozzi, Opt. Quantum Electron. 14, 465 (1982).
[CrossRef]

K. A. Shore and T. E. Rozzi, Opt. Quantum Electron. 15, 497 (1983).
[CrossRef]

Proc. SPIE (1)

K. A. Shore, Proc. SPIE 667, 109 (1986).
[CrossRef]

Cited By

OSA participates in CrossRef's Cited-By Linking service. Citing articles from OSA journals and other participating publishers are listed here.

Alert me when this article is cited.


Figures (4)

Fig. 1
Fig. 1

Snapshots of the near- (bottom) and far- (top) field intensities at two moments in time. The dotted curve at the bottom is an example of the carrier density profile (in arbitrary units). Both lasers are dc biased slightly above threshold.

Fig. 2
Fig. 2

Power spectra of one of two lasers under dc bias showing the comparison between different dc bias levels (top) and different inter-VCSEL distances (bottom).

Fig. 3
Fig. 3

Modulation response under sinusoidal modulation with 1% amplitude of the dc bias that is slightly above threshold. The inter-VCSEL separation is 0.8 µm. The inset shows an expanded view of the lower-frequency range around the relaxation oscillation frequency.

Fig. 4
Fig. 4

Time traces of the total intensity (upper trace and small amplitude) and that of the intensity of one of the two lasers (lower trace and large amplitude) for three modulation frequencies: (a) 0, (b) 45, and (c) 42.5 GHz. The intensity of individual VCSELs shows a sinusoidallike temporal waveform at the SP frequency.

Equations (3)

Equations on this page are rendered with MathJax. Learn more.

ngcEt=i2K2E-κE+iKΓ2ϵ0ϵbP0+P1,
P1t=-Γ1N+iδ0-δ1NP1-iϵ0ϵbA1NE,
Nt=DNN-γnN+ηJx,ye+iLΓ8P0+P1*E-P0+P1E*,

Metrics