Abstract

We theoretically investigate the polarization-resolved dynamics of two vertical-cavity surface-emitting semiconductor lasers that are mutually coupled through coherent optical injection. We find a sequence of bistable polarization switchings that can be induced by changing either the coupling strength or the optical propagation phase. The successive polarization switchings are correlated with the creation of new compound-cavity modes when these parameters are continuously varied.

© 2006 Optical Society of America

Full Article  |  PDF Article

References

  • View by:
  • |
  • |
  • |

  1. K. D. Choquette, R. P. Scheneider, L. K. Lear, and R. E. Liebenguth, IEEE J. Sel. Top. Quantum Electron. 1, 661 (1995).
    [CrossRef]
  2. M. Sciamanna, K. Panajotov, H. Thienpont, I. Veretennicoff, P. Mégret, and M. Blondel, Opt. Lett. 28, 1543 (2003).
    [CrossRef] [PubMed]
  3. Z. G. Pan, S. Jiang, M. Dagenais, R. A. Morgan, K. Kojima, M. T. Asom, R. E. Leibenguth, G. D. Guth, and M. W. Focht, Appl. Phys. Lett. 63, 2999 (1993).
    [CrossRef]
  4. T. Heil, I. Fischer, W. Elsasser, J. Mulet, and C. Mirasso, Phys. Rev. Lett. 86, 795 (2001).
    [CrossRef] [PubMed]
  5. H. J. Wünsche, S. Bauer, J. Kreissl, O. Ushakov, N. Korneyev, F. Henneberger, E. Wille, H. Erzgraber, M. Peil, W. Elsässer, and I. Fischer, Phys. Rev. Lett. 94, 163901 (2005).
    [CrossRef] [PubMed]
  6. N. Fujiwara, Y. Takiguchi, and J. Ohtsubo, Opt. Lett. 28, 1677 (2003).
    [CrossRef] [PubMed]
  7. K. Panajotov, F. Berghmans, M. Peeters, G. Verschaffelt, J. Danckaert, I. Veretennicoff, and H. Thienpont, J. Design Manuf. Autom. 11, 985 (1999).
  8. M. San Miguel, Q. Feng, and J. V. Moloney, Phys. Rev. A 52, 1728 (1995).
    [CrossRef] [PubMed]
  9. J. Mulet, C. Masoller, and C. R. Mirasso, Phys. Rev. A 65, 063815 (2002).
    [CrossRef]
  10. R. F. M. Hendriks, M. P. Van Exter, J. P. Woerdman, K. H. Gulden, and M. Moser, J. Photochem. Photobiol. B 34, 1455 (1998).
  11. H. Erzgraber, D. Lenstra, B. Krauskopf, E. Wille, M. Peil, I. Fischer, and W. Elsässer, Opt. Commun. 255, 285 (2005).
    [CrossRef]

2005 (2)

H. J. Wünsche, S. Bauer, J. Kreissl, O. Ushakov, N. Korneyev, F. Henneberger, E. Wille, H. Erzgraber, M. Peil, W. Elsässer, and I. Fischer, Phys. Rev. Lett. 94, 163901 (2005).
[CrossRef] [PubMed]

H. Erzgraber, D. Lenstra, B. Krauskopf, E. Wille, M. Peil, I. Fischer, and W. Elsässer, Opt. Commun. 255, 285 (2005).
[CrossRef]

2003 (2)

2002 (1)

J. Mulet, C. Masoller, and C. R. Mirasso, Phys. Rev. A 65, 063815 (2002).
[CrossRef]

2001 (1)

T. Heil, I. Fischer, W. Elsasser, J. Mulet, and C. Mirasso, Phys. Rev. Lett. 86, 795 (2001).
[CrossRef] [PubMed]

1999 (1)

K. Panajotov, F. Berghmans, M. Peeters, G. Verschaffelt, J. Danckaert, I. Veretennicoff, and H. Thienpont, J. Design Manuf. Autom. 11, 985 (1999).

1998 (1)

R. F. M. Hendriks, M. P. Van Exter, J. P. Woerdman, K. H. Gulden, and M. Moser, J. Photochem. Photobiol. B 34, 1455 (1998).

1995 (2)

M. San Miguel, Q. Feng, and J. V. Moloney, Phys. Rev. A 52, 1728 (1995).
[CrossRef] [PubMed]

K. D. Choquette, R. P. Scheneider, L. K. Lear, and R. E. Liebenguth, IEEE J. Sel. Top. Quantum Electron. 1, 661 (1995).
[CrossRef]

1993 (1)

Z. G. Pan, S. Jiang, M. Dagenais, R. A. Morgan, K. Kojima, M. T. Asom, R. E. Leibenguth, G. D. Guth, and M. W. Focht, Appl. Phys. Lett. 63, 2999 (1993).
[CrossRef]

Asom, M. T.

Z. G. Pan, S. Jiang, M. Dagenais, R. A. Morgan, K. Kojima, M. T. Asom, R. E. Leibenguth, G. D. Guth, and M. W. Focht, Appl. Phys. Lett. 63, 2999 (1993).
[CrossRef]

Bauer, S.

H. J. Wünsche, S. Bauer, J. Kreissl, O. Ushakov, N. Korneyev, F. Henneberger, E. Wille, H. Erzgraber, M. Peil, W. Elsässer, and I. Fischer, Phys. Rev. Lett. 94, 163901 (2005).
[CrossRef] [PubMed]

Berghmans, F.

K. Panajotov, F. Berghmans, M. Peeters, G. Verschaffelt, J. Danckaert, I. Veretennicoff, and H. Thienpont, J. Design Manuf. Autom. 11, 985 (1999).

Blondel, M.

Choquette, K. D.

K. D. Choquette, R. P. Scheneider, L. K. Lear, and R. E. Liebenguth, IEEE J. Sel. Top. Quantum Electron. 1, 661 (1995).
[CrossRef]

Dagenais, M.

Z. G. Pan, S. Jiang, M. Dagenais, R. A. Morgan, K. Kojima, M. T. Asom, R. E. Leibenguth, G. D. Guth, and M. W. Focht, Appl. Phys. Lett. 63, 2999 (1993).
[CrossRef]

Danckaert, J.

K. Panajotov, F. Berghmans, M. Peeters, G. Verschaffelt, J. Danckaert, I. Veretennicoff, and H. Thienpont, J. Design Manuf. Autom. 11, 985 (1999).

Elsasser, W.

T. Heil, I. Fischer, W. Elsasser, J. Mulet, and C. Mirasso, Phys. Rev. Lett. 86, 795 (2001).
[CrossRef] [PubMed]

Elsässer, W.

H. J. Wünsche, S. Bauer, J. Kreissl, O. Ushakov, N. Korneyev, F. Henneberger, E. Wille, H. Erzgraber, M. Peil, W. Elsässer, and I. Fischer, Phys. Rev. Lett. 94, 163901 (2005).
[CrossRef] [PubMed]

H. Erzgraber, D. Lenstra, B. Krauskopf, E. Wille, M. Peil, I. Fischer, and W. Elsässer, Opt. Commun. 255, 285 (2005).
[CrossRef]

Erzgraber, H.

H. Erzgraber, D. Lenstra, B. Krauskopf, E. Wille, M. Peil, I. Fischer, and W. Elsässer, Opt. Commun. 255, 285 (2005).
[CrossRef]

H. J. Wünsche, S. Bauer, J. Kreissl, O. Ushakov, N. Korneyev, F. Henneberger, E. Wille, H. Erzgraber, M. Peil, W. Elsässer, and I. Fischer, Phys. Rev. Lett. 94, 163901 (2005).
[CrossRef] [PubMed]

Feng, Q.

M. San Miguel, Q. Feng, and J. V. Moloney, Phys. Rev. A 52, 1728 (1995).
[CrossRef] [PubMed]

Fischer, I.

H. Erzgraber, D. Lenstra, B. Krauskopf, E. Wille, M. Peil, I. Fischer, and W. Elsässer, Opt. Commun. 255, 285 (2005).
[CrossRef]

H. J. Wünsche, S. Bauer, J. Kreissl, O. Ushakov, N. Korneyev, F. Henneberger, E. Wille, H. Erzgraber, M. Peil, W. Elsässer, and I. Fischer, Phys. Rev. Lett. 94, 163901 (2005).
[CrossRef] [PubMed]

T. Heil, I. Fischer, W. Elsasser, J. Mulet, and C. Mirasso, Phys. Rev. Lett. 86, 795 (2001).
[CrossRef] [PubMed]

Focht, M. W.

Z. G. Pan, S. Jiang, M. Dagenais, R. A. Morgan, K. Kojima, M. T. Asom, R. E. Leibenguth, G. D. Guth, and M. W. Focht, Appl. Phys. Lett. 63, 2999 (1993).
[CrossRef]

Fujiwara, N.

Gulden, K. H.

R. F. M. Hendriks, M. P. Van Exter, J. P. Woerdman, K. H. Gulden, and M. Moser, J. Photochem. Photobiol. B 34, 1455 (1998).

Guth, G. D.

Z. G. Pan, S. Jiang, M. Dagenais, R. A. Morgan, K. Kojima, M. T. Asom, R. E. Leibenguth, G. D. Guth, and M. W. Focht, Appl. Phys. Lett. 63, 2999 (1993).
[CrossRef]

Heil, T.

T. Heil, I. Fischer, W. Elsasser, J. Mulet, and C. Mirasso, Phys. Rev. Lett. 86, 795 (2001).
[CrossRef] [PubMed]

Hendriks, R. F. M.

R. F. M. Hendriks, M. P. Van Exter, J. P. Woerdman, K. H. Gulden, and M. Moser, J. Photochem. Photobiol. B 34, 1455 (1998).

Henneberger, F.

H. J. Wünsche, S. Bauer, J. Kreissl, O. Ushakov, N. Korneyev, F. Henneberger, E. Wille, H. Erzgraber, M. Peil, W. Elsässer, and I. Fischer, Phys. Rev. Lett. 94, 163901 (2005).
[CrossRef] [PubMed]

Jiang, S.

Z. G. Pan, S. Jiang, M. Dagenais, R. A. Morgan, K. Kojima, M. T. Asom, R. E. Leibenguth, G. D. Guth, and M. W. Focht, Appl. Phys. Lett. 63, 2999 (1993).
[CrossRef]

Kojima, K.

Z. G. Pan, S. Jiang, M. Dagenais, R. A. Morgan, K. Kojima, M. T. Asom, R. E. Leibenguth, G. D. Guth, and M. W. Focht, Appl. Phys. Lett. 63, 2999 (1993).
[CrossRef]

Korneyev, N.

H. J. Wünsche, S. Bauer, J. Kreissl, O. Ushakov, N. Korneyev, F. Henneberger, E. Wille, H. Erzgraber, M. Peil, W. Elsässer, and I. Fischer, Phys. Rev. Lett. 94, 163901 (2005).
[CrossRef] [PubMed]

Krauskopf, B.

H. Erzgraber, D. Lenstra, B. Krauskopf, E. Wille, M. Peil, I. Fischer, and W. Elsässer, Opt. Commun. 255, 285 (2005).
[CrossRef]

Kreissl, J.

H. J. Wünsche, S. Bauer, J. Kreissl, O. Ushakov, N. Korneyev, F. Henneberger, E. Wille, H. Erzgraber, M. Peil, W. Elsässer, and I. Fischer, Phys. Rev. Lett. 94, 163901 (2005).
[CrossRef] [PubMed]

Lear, L. K.

K. D. Choquette, R. P. Scheneider, L. K. Lear, and R. E. Liebenguth, IEEE J. Sel. Top. Quantum Electron. 1, 661 (1995).
[CrossRef]

Leibenguth, R. E.

Z. G. Pan, S. Jiang, M. Dagenais, R. A. Morgan, K. Kojima, M. T. Asom, R. E. Leibenguth, G. D. Guth, and M. W. Focht, Appl. Phys. Lett. 63, 2999 (1993).
[CrossRef]

Lenstra, D.

H. Erzgraber, D. Lenstra, B. Krauskopf, E. Wille, M. Peil, I. Fischer, and W. Elsässer, Opt. Commun. 255, 285 (2005).
[CrossRef]

Liebenguth, R. E.

K. D. Choquette, R. P. Scheneider, L. K. Lear, and R. E. Liebenguth, IEEE J. Sel. Top. Quantum Electron. 1, 661 (1995).
[CrossRef]

Masoller, C.

J. Mulet, C. Masoller, and C. R. Mirasso, Phys. Rev. A 65, 063815 (2002).
[CrossRef]

Mégret, P.

Mirasso, C.

T. Heil, I. Fischer, W. Elsasser, J. Mulet, and C. Mirasso, Phys. Rev. Lett. 86, 795 (2001).
[CrossRef] [PubMed]

Mirasso, C. R.

J. Mulet, C. Masoller, and C. R. Mirasso, Phys. Rev. A 65, 063815 (2002).
[CrossRef]

Moloney, J. V.

M. San Miguel, Q. Feng, and J. V. Moloney, Phys. Rev. A 52, 1728 (1995).
[CrossRef] [PubMed]

Morgan, R. A.

Z. G. Pan, S. Jiang, M. Dagenais, R. A. Morgan, K. Kojima, M. T. Asom, R. E. Leibenguth, G. D. Guth, and M. W. Focht, Appl. Phys. Lett. 63, 2999 (1993).
[CrossRef]

Moser, M.

R. F. M. Hendriks, M. P. Van Exter, J. P. Woerdman, K. H. Gulden, and M. Moser, J. Photochem. Photobiol. B 34, 1455 (1998).

Mulet, J.

J. Mulet, C. Masoller, and C. R. Mirasso, Phys. Rev. A 65, 063815 (2002).
[CrossRef]

T. Heil, I. Fischer, W. Elsasser, J. Mulet, and C. Mirasso, Phys. Rev. Lett. 86, 795 (2001).
[CrossRef] [PubMed]

Ohtsubo, J.

Pan, Z. G.

Z. G. Pan, S. Jiang, M. Dagenais, R. A. Morgan, K. Kojima, M. T. Asom, R. E. Leibenguth, G. D. Guth, and M. W. Focht, Appl. Phys. Lett. 63, 2999 (1993).
[CrossRef]

Panajotov, K.

M. Sciamanna, K. Panajotov, H. Thienpont, I. Veretennicoff, P. Mégret, and M. Blondel, Opt. Lett. 28, 1543 (2003).
[CrossRef] [PubMed]

K. Panajotov, F. Berghmans, M. Peeters, G. Verschaffelt, J. Danckaert, I. Veretennicoff, and H. Thienpont, J. Design Manuf. Autom. 11, 985 (1999).

Peeters, M.

K. Panajotov, F. Berghmans, M. Peeters, G. Verschaffelt, J. Danckaert, I. Veretennicoff, and H. Thienpont, J. Design Manuf. Autom. 11, 985 (1999).

Peil, M.

H. J. Wünsche, S. Bauer, J. Kreissl, O. Ushakov, N. Korneyev, F. Henneberger, E. Wille, H. Erzgraber, M. Peil, W. Elsässer, and I. Fischer, Phys. Rev. Lett. 94, 163901 (2005).
[CrossRef] [PubMed]

H. Erzgraber, D. Lenstra, B. Krauskopf, E. Wille, M. Peil, I. Fischer, and W. Elsässer, Opt. Commun. 255, 285 (2005).
[CrossRef]

San Miguel, M.

M. San Miguel, Q. Feng, and J. V. Moloney, Phys. Rev. A 52, 1728 (1995).
[CrossRef] [PubMed]

Scheneider, R. P.

K. D. Choquette, R. P. Scheneider, L. K. Lear, and R. E. Liebenguth, IEEE J. Sel. Top. Quantum Electron. 1, 661 (1995).
[CrossRef]

Sciamanna, M.

Takiguchi, Y.

Thienpont, H.

M. Sciamanna, K. Panajotov, H. Thienpont, I. Veretennicoff, P. Mégret, and M. Blondel, Opt. Lett. 28, 1543 (2003).
[CrossRef] [PubMed]

K. Panajotov, F. Berghmans, M. Peeters, G. Verschaffelt, J. Danckaert, I. Veretennicoff, and H. Thienpont, J. Design Manuf. Autom. 11, 985 (1999).

Ushakov, O.

H. J. Wünsche, S. Bauer, J. Kreissl, O. Ushakov, N. Korneyev, F. Henneberger, E. Wille, H. Erzgraber, M. Peil, W. Elsässer, and I. Fischer, Phys. Rev. Lett. 94, 163901 (2005).
[CrossRef] [PubMed]

Van Exter, M. P.

R. F. M. Hendriks, M. P. Van Exter, J. P. Woerdman, K. H. Gulden, and M. Moser, J. Photochem. Photobiol. B 34, 1455 (1998).

Veretennicoff, I.

M. Sciamanna, K. Panajotov, H. Thienpont, I. Veretennicoff, P. Mégret, and M. Blondel, Opt. Lett. 28, 1543 (2003).
[CrossRef] [PubMed]

K. Panajotov, F. Berghmans, M. Peeters, G. Verschaffelt, J. Danckaert, I. Veretennicoff, and H. Thienpont, J. Design Manuf. Autom. 11, 985 (1999).

Verschaffelt, G.

K. Panajotov, F. Berghmans, M. Peeters, G. Verschaffelt, J. Danckaert, I. Veretennicoff, and H. Thienpont, J. Design Manuf. Autom. 11, 985 (1999).

Wille, E.

H. Erzgraber, D. Lenstra, B. Krauskopf, E. Wille, M. Peil, I. Fischer, and W. Elsässer, Opt. Commun. 255, 285 (2005).
[CrossRef]

H. J. Wünsche, S. Bauer, J. Kreissl, O. Ushakov, N. Korneyev, F. Henneberger, E. Wille, H. Erzgraber, M. Peil, W. Elsässer, and I. Fischer, Phys. Rev. Lett. 94, 163901 (2005).
[CrossRef] [PubMed]

Woerdman, J. P.

R. F. M. Hendriks, M. P. Van Exter, J. P. Woerdman, K. H. Gulden, and M. Moser, J. Photochem. Photobiol. B 34, 1455 (1998).

Wünsche, H. J.

H. J. Wünsche, S. Bauer, J. Kreissl, O. Ushakov, N. Korneyev, F. Henneberger, E. Wille, H. Erzgraber, M. Peil, W. Elsässer, and I. Fischer, Phys. Rev. Lett. 94, 163901 (2005).
[CrossRef] [PubMed]

Appl. Phys. Lett. (1)

Z. G. Pan, S. Jiang, M. Dagenais, R. A. Morgan, K. Kojima, M. T. Asom, R. E. Leibenguth, G. D. Guth, and M. W. Focht, Appl. Phys. Lett. 63, 2999 (1993).
[CrossRef]

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

K. D. Choquette, R. P. Scheneider, L. K. Lear, and R. E. Liebenguth, IEEE J. Sel. Top. Quantum Electron. 1, 661 (1995).
[CrossRef]

J. Design Manuf. Autom. (1)

K. Panajotov, F. Berghmans, M. Peeters, G. Verschaffelt, J. Danckaert, I. Veretennicoff, and H. Thienpont, J. Design Manuf. Autom. 11, 985 (1999).

J. Photochem. Photobiol. B (1)

R. F. M. Hendriks, M. P. Van Exter, J. P. Woerdman, K. H. Gulden, and M. Moser, J. Photochem. Photobiol. B 34, 1455 (1998).

Opt. Commun. (1)

H. Erzgraber, D. Lenstra, B. Krauskopf, E. Wille, M. Peil, I. Fischer, and W. Elsässer, Opt. Commun. 255, 285 (2005).
[CrossRef]

Opt. Lett. (2)

Phys. Rev. A (2)

M. San Miguel, Q. Feng, and J. V. Moloney, Phys. Rev. A 52, 1728 (1995).
[CrossRef] [PubMed]

J. Mulet, C. Masoller, and C. R. Mirasso, Phys. Rev. A 65, 063815 (2002).
[CrossRef]

Phys. Rev. Lett. (2)

T. Heil, I. Fischer, W. Elsasser, J. Mulet, and C. Mirasso, Phys. Rev. Lett. 86, 795 (2001).
[CrossRef] [PubMed]

H. J. Wünsche, S. Bauer, J. Kreissl, O. Ushakov, N. Korneyev, F. Henneberger, E. Wille, H. Erzgraber, M. Peil, W. Elsässer, and I. Fischer, Phys. Rev. Lett. 94, 163901 (2005).
[CrossRef] [PubMed]

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 (3)

Fig. 1
Fig. 1

Averaged intensities in the x ̂ - and y ̂ -LP modes of one VCSEL as a function of ξ and Ω τ . The parameters are specified in the text.

Fig. 2
Fig. 2

(Color online) Locations of the symmetric fixed points in the N versus ω phase space for (a) ξ = 13 ns 1 , (b) ξ = 13.25 ns 1 , (c) ξ = 13.6 ns 1 , and (d) ξ = 13.8 ns 1 . Diamonds and triangles, in-phase and antiphase x ̂ -polarized solutions, respectively; squares and circles, in-phase and antiphase y ̂ -polarized solutions, respectively. Arrows identify the attractor at which the system operates.

Fig. 3
Fig. 3

(Color online) (a) and (b) Evolution of the x ̂ -LP mode intensity as we increase (thin line) and then decrease (thick line) ξ (a) and Ω τ (b). (c) Two hysteresis widths, H 1 and H 2 [labeled in (a)], as a function of ξ.

Equations (5)

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

E ̇ 1 , 2 ± = κ ( 1 + i α ) [ N 1 , 2 ± n 1 , 2 1 ] E 1 , 2 ± ( γ a + i γ p ) E 1 , 2 + ξ exp ( i Ω τ ) E 2 , 1 ± ( t τ ) + F 1 , 2 ± ( t ) ,
N ̇ 1 , 2 = γ e [ N 1 , 2 μ + ( N 1 , 2 + n 1 , 2 ) E 1 , 2 + 2 + ( N 1 , 2 n 1 , 2 ) E 1 , 2 2 ] ,
n ̇ 1 , 2 = γ s n 1 , 2 γ e [ ( N 1 , 2 + n 1 , 2 ) E 1 , 2 + 2 ( N 1 , 2 n 1 , 2 ) E 1 , 2 2 ] ,
ω = ± ( α γ a γ p ) ξ 1 + α 2 sin ( ϕ Ω τ ω τ arctan α ) ,
N = 1 κ [ κ ± γ a ξ cos ( ϕ Ω τ ω τ ) ] ,

Metrics