Abstract

We investigate the possibility of concealing the time-delay signatures in semiconductor ring lasers (SRLs) with external feedback. Through the autocorrelation and delayed mutual information, we report different scenarios leading to simultaneous time-delay concealment both in the intensity and the phase dynamics of such systems. In particular, the fact that such delay signatures can be eliminated in a SRL subject to short feedback constitutes a step toward the possibility of implementing secure communication schemes and random number generators on chip.

© 2012 Optical Society of America

Full Article  |  PDF Article

References

  • View by:
  • |
  • |
  • |

  1. G. H. M. van Tartwijk and D. Lenstra, Quantum Semiclass. Opt. 787 (1995).
    [CrossRef]
  2. P. Colet and R. Roy, Opt. Lett. 19, 2056 (1994).
    [CrossRef]
  3. A. Uchida, K. Amano, M. Inoue, K. Hirano, S. Naito, H. Someya, I. Oowada, T. Kurashige, M. Shiki, S. Yoshimori, K. Yoshimura, and P. Davis, Nat. Photon. 2, 728 (2008).
    [CrossRef]
  4. N. Oliver, M. C. Soriano, D. W. Sukow, and I. Fischer, Opt. Lett. 36, 4632 (2011).
    [CrossRef]
  5. S. Ortín, J. Gutiérrez, L. Pesquera, and H. Vasquez, Physica A 351, 133 (2005).
    [CrossRef]
  6. D. Rontani, A. Locquet, M. Sciamanna, D. S. Citrin, and S. Ortín, IEEE J. Quantum Electron. 45, 879 (2009).
    [CrossRef]
  7. R. M. Nguimdo, M. C. Soriano, and P. Colet, Opt. Lett. 36, 4332 (2011).
    [CrossRef]
  8. M. Sorel, G. Giuliani, A. Sciré, R. Miglierina, J. P. R. Laybourn, and S. Donati, IEEE J. Quantum Electron. 39, 1187 (2003).
    [CrossRef]
  9. L. Gelens, S. Beri, G. Van der Sande, G. Mezosi, M. Sorel, J. Danckaert, and G. Verschaffelt, Phys. Rev. Lett. 102, 193904 (2009).
    [CrossRef]
  10. I. V. Ermakov, G. Van der Sande, and J. Danckaert, “Semiconductor ring laser subject to delayed optical feedback: bifurcations and stability,” Commun. Nonlinear Sci. Numer. Simul. (to be published).
  11. R. Hegger, M. J. Bünner, H. Kantz, and A. Giaquinta, Phys. Rev. Lett. 81, 558 (1998).
    [CrossRef]
  12. V. S. Udaltsov, J. P. Goedgebuer, L. Larger, J. B. Cuenot, P. Levy, and W. T. Rhodes, Phys. Lett. A 308, 54 (2003).
    [CrossRef]
  13. M. D. Prokhorov, V. I. Ponomarenko, A. S. Karavaev, and B. P. Bezruchko, Physica D 203, 209 (2005).
    [CrossRef]
  14. L. Zunino, M. C. Soriano, I. Fischer, O. A. Rosso, and C. R. Mirasso, Phys. Rev. E 82, 046212 (2010).
    [CrossRef]

2011 (2)

2010 (1)

L. Zunino, M. C. Soriano, I. Fischer, O. A. Rosso, and C. R. Mirasso, Phys. Rev. E 82, 046212 (2010).
[CrossRef]

2009 (2)

L. Gelens, S. Beri, G. Van der Sande, G. Mezosi, M. Sorel, J. Danckaert, and G. Verschaffelt, Phys. Rev. Lett. 102, 193904 (2009).
[CrossRef]

D. Rontani, A. Locquet, M. Sciamanna, D. S. Citrin, and S. Ortín, IEEE J. Quantum Electron. 45, 879 (2009).
[CrossRef]

2008 (1)

A. Uchida, K. Amano, M. Inoue, K. Hirano, S. Naito, H. Someya, I. Oowada, T. Kurashige, M. Shiki, S. Yoshimori, K. Yoshimura, and P. Davis, Nat. Photon. 2, 728 (2008).
[CrossRef]

2005 (2)

S. Ortín, J. Gutiérrez, L. Pesquera, and H. Vasquez, Physica A 351, 133 (2005).
[CrossRef]

M. D. Prokhorov, V. I. Ponomarenko, A. S. Karavaev, and B. P. Bezruchko, Physica D 203, 209 (2005).
[CrossRef]

2003 (2)

V. S. Udaltsov, J. P. Goedgebuer, L. Larger, J. B. Cuenot, P. Levy, and W. T. Rhodes, Phys. Lett. A 308, 54 (2003).
[CrossRef]

M. Sorel, G. Giuliani, A. Sciré, R. Miglierina, J. P. R. Laybourn, and S. Donati, IEEE J. Quantum Electron. 39, 1187 (2003).
[CrossRef]

1998 (1)

R. Hegger, M. J. Bünner, H. Kantz, and A. Giaquinta, Phys. Rev. Lett. 81, 558 (1998).
[CrossRef]

1995 (1)

G. H. M. van Tartwijk and D. Lenstra, Quantum Semiclass. Opt. 787 (1995).
[CrossRef]

1994 (1)

Amano, K.

A. Uchida, K. Amano, M. Inoue, K. Hirano, S. Naito, H. Someya, I. Oowada, T. Kurashige, M. Shiki, S. Yoshimori, K. Yoshimura, and P. Davis, Nat. Photon. 2, 728 (2008).
[CrossRef]

Beri, S.

L. Gelens, S. Beri, G. Van der Sande, G. Mezosi, M. Sorel, J. Danckaert, and G. Verschaffelt, Phys. Rev. Lett. 102, 193904 (2009).
[CrossRef]

Bezruchko, B. P.

M. D. Prokhorov, V. I. Ponomarenko, A. S. Karavaev, and B. P. Bezruchko, Physica D 203, 209 (2005).
[CrossRef]

Bünner, M. J.

R. Hegger, M. J. Bünner, H. Kantz, and A. Giaquinta, Phys. Rev. Lett. 81, 558 (1998).
[CrossRef]

Citrin, D. S.

D. Rontani, A. Locquet, M. Sciamanna, D. S. Citrin, and S. Ortín, IEEE J. Quantum Electron. 45, 879 (2009).
[CrossRef]

Colet, P.

Cuenot, J. B.

V. S. Udaltsov, J. P. Goedgebuer, L. Larger, J. B. Cuenot, P. Levy, and W. T. Rhodes, Phys. Lett. A 308, 54 (2003).
[CrossRef]

Danckaert, J.

L. Gelens, S. Beri, G. Van der Sande, G. Mezosi, M. Sorel, J. Danckaert, and G. Verschaffelt, Phys. Rev. Lett. 102, 193904 (2009).
[CrossRef]

I. V. Ermakov, G. Van der Sande, and J. Danckaert, “Semiconductor ring laser subject to delayed optical feedback: bifurcations and stability,” Commun. Nonlinear Sci. Numer. Simul. (to be published).

Davis, P.

A. Uchida, K. Amano, M. Inoue, K. Hirano, S. Naito, H. Someya, I. Oowada, T. Kurashige, M. Shiki, S. Yoshimori, K. Yoshimura, and P. Davis, Nat. Photon. 2, 728 (2008).
[CrossRef]

Donati, S.

M. Sorel, G. Giuliani, A. Sciré, R. Miglierina, J. P. R. Laybourn, and S. Donati, IEEE J. Quantum Electron. 39, 1187 (2003).
[CrossRef]

Ermakov, I. V.

I. V. Ermakov, G. Van der Sande, and J. Danckaert, “Semiconductor ring laser subject to delayed optical feedback: bifurcations and stability,” Commun. Nonlinear Sci. Numer. Simul. (to be published).

Fischer, I.

N. Oliver, M. C. Soriano, D. W. Sukow, and I. Fischer, Opt. Lett. 36, 4632 (2011).
[CrossRef]

L. Zunino, M. C. Soriano, I. Fischer, O. A. Rosso, and C. R. Mirasso, Phys. Rev. E 82, 046212 (2010).
[CrossRef]

Gelens, L.

L. Gelens, S. Beri, G. Van der Sande, G. Mezosi, M. Sorel, J. Danckaert, and G. Verschaffelt, Phys. Rev. Lett. 102, 193904 (2009).
[CrossRef]

Giaquinta, A.

R. Hegger, M. J. Bünner, H. Kantz, and A. Giaquinta, Phys. Rev. Lett. 81, 558 (1998).
[CrossRef]

Giuliani, G.

M. Sorel, G. Giuliani, A. Sciré, R. Miglierina, J. P. R. Laybourn, and S. Donati, IEEE J. Quantum Electron. 39, 1187 (2003).
[CrossRef]

Goedgebuer, J. P.

V. S. Udaltsov, J. P. Goedgebuer, L. Larger, J. B. Cuenot, P. Levy, and W. T. Rhodes, Phys. Lett. A 308, 54 (2003).
[CrossRef]

Gutiérrez, J.

S. Ortín, J. Gutiérrez, L. Pesquera, and H. Vasquez, Physica A 351, 133 (2005).
[CrossRef]

Hegger, R.

R. Hegger, M. J. Bünner, H. Kantz, and A. Giaquinta, Phys. Rev. Lett. 81, 558 (1998).
[CrossRef]

Hirano, K.

A. Uchida, K. Amano, M. Inoue, K. Hirano, S. Naito, H. Someya, I. Oowada, T. Kurashige, M. Shiki, S. Yoshimori, K. Yoshimura, and P. Davis, Nat. Photon. 2, 728 (2008).
[CrossRef]

Inoue, M.

A. Uchida, K. Amano, M. Inoue, K. Hirano, S. Naito, H. Someya, I. Oowada, T. Kurashige, M. Shiki, S. Yoshimori, K. Yoshimura, and P. Davis, Nat. Photon. 2, 728 (2008).
[CrossRef]

Kantz, H.

R. Hegger, M. J. Bünner, H. Kantz, and A. Giaquinta, Phys. Rev. Lett. 81, 558 (1998).
[CrossRef]

Karavaev, A. S.

M. D. Prokhorov, V. I. Ponomarenko, A. S. Karavaev, and B. P. Bezruchko, Physica D 203, 209 (2005).
[CrossRef]

Kurashige, T.

A. Uchida, K. Amano, M. Inoue, K. Hirano, S. Naito, H. Someya, I. Oowada, T. Kurashige, M. Shiki, S. Yoshimori, K. Yoshimura, and P. Davis, Nat. Photon. 2, 728 (2008).
[CrossRef]

Larger, L.

V. S. Udaltsov, J. P. Goedgebuer, L. Larger, J. B. Cuenot, P. Levy, and W. T. Rhodes, Phys. Lett. A 308, 54 (2003).
[CrossRef]

Laybourn, J. P. R.

M. Sorel, G. Giuliani, A. Sciré, R. Miglierina, J. P. R. Laybourn, and S. Donati, IEEE J. Quantum Electron. 39, 1187 (2003).
[CrossRef]

Lenstra, D.

G. H. M. van Tartwijk and D. Lenstra, Quantum Semiclass. Opt. 787 (1995).
[CrossRef]

Levy, P.

V. S. Udaltsov, J. P. Goedgebuer, L. Larger, J. B. Cuenot, P. Levy, and W. T. Rhodes, Phys. Lett. A 308, 54 (2003).
[CrossRef]

Locquet, A.

D. Rontani, A. Locquet, M. Sciamanna, D. S. Citrin, and S. Ortín, IEEE J. Quantum Electron. 45, 879 (2009).
[CrossRef]

Mezosi, G.

L. Gelens, S. Beri, G. Van der Sande, G. Mezosi, M. Sorel, J. Danckaert, and G. Verschaffelt, Phys. Rev. Lett. 102, 193904 (2009).
[CrossRef]

Miglierina, R.

M. Sorel, G. Giuliani, A. Sciré, R. Miglierina, J. P. R. Laybourn, and S. Donati, IEEE J. Quantum Electron. 39, 1187 (2003).
[CrossRef]

Mirasso, C. R.

L. Zunino, M. C. Soriano, I. Fischer, O. A. Rosso, and C. R. Mirasso, Phys. Rev. E 82, 046212 (2010).
[CrossRef]

Naito, S.

A. Uchida, K. Amano, M. Inoue, K. Hirano, S. Naito, H. Someya, I. Oowada, T. Kurashige, M. Shiki, S. Yoshimori, K. Yoshimura, and P. Davis, Nat. Photon. 2, 728 (2008).
[CrossRef]

Nguimdo, R. M.

Oliver, N.

Oowada, I.

A. Uchida, K. Amano, M. Inoue, K. Hirano, S. Naito, H. Someya, I. Oowada, T. Kurashige, M. Shiki, S. Yoshimori, K. Yoshimura, and P. Davis, Nat. Photon. 2, 728 (2008).
[CrossRef]

Ortín, S.

D. Rontani, A. Locquet, M. Sciamanna, D. S. Citrin, and S. Ortín, IEEE J. Quantum Electron. 45, 879 (2009).
[CrossRef]

S. Ortín, J. Gutiérrez, L. Pesquera, and H. Vasquez, Physica A 351, 133 (2005).
[CrossRef]

Pesquera, L.

S. Ortín, J. Gutiérrez, L. Pesquera, and H. Vasquez, Physica A 351, 133 (2005).
[CrossRef]

Ponomarenko, V. I.

M. D. Prokhorov, V. I. Ponomarenko, A. S. Karavaev, and B. P. Bezruchko, Physica D 203, 209 (2005).
[CrossRef]

Prokhorov, M. D.

M. D. Prokhorov, V. I. Ponomarenko, A. S. Karavaev, and B. P. Bezruchko, Physica D 203, 209 (2005).
[CrossRef]

Rhodes, W. T.

V. S. Udaltsov, J. P. Goedgebuer, L. Larger, J. B. Cuenot, P. Levy, and W. T. Rhodes, Phys. Lett. A 308, 54 (2003).
[CrossRef]

Rontani, D.

D. Rontani, A. Locquet, M. Sciamanna, D. S. Citrin, and S. Ortín, IEEE J. Quantum Electron. 45, 879 (2009).
[CrossRef]

Rosso, O. A.

L. Zunino, M. C. Soriano, I. Fischer, O. A. Rosso, and C. R. Mirasso, Phys. Rev. E 82, 046212 (2010).
[CrossRef]

Roy, R.

Sciamanna, M.

D. Rontani, A. Locquet, M. Sciamanna, D. S. Citrin, and S. Ortín, IEEE J. Quantum Electron. 45, 879 (2009).
[CrossRef]

Sciré, A.

M. Sorel, G. Giuliani, A. Sciré, R. Miglierina, J. P. R. Laybourn, and S. Donati, IEEE J. Quantum Electron. 39, 1187 (2003).
[CrossRef]

Shiki, M.

A. Uchida, K. Amano, M. Inoue, K. Hirano, S. Naito, H. Someya, I. Oowada, T. Kurashige, M. Shiki, S. Yoshimori, K. Yoshimura, and P. Davis, Nat. Photon. 2, 728 (2008).
[CrossRef]

Someya, H.

A. Uchida, K. Amano, M. Inoue, K. Hirano, S. Naito, H. Someya, I. Oowada, T. Kurashige, M. Shiki, S. Yoshimori, K. Yoshimura, and P. Davis, Nat. Photon. 2, 728 (2008).
[CrossRef]

Sorel, M.

L. Gelens, S. Beri, G. Van der Sande, G. Mezosi, M. Sorel, J. Danckaert, and G. Verschaffelt, Phys. Rev. Lett. 102, 193904 (2009).
[CrossRef]

M. Sorel, G. Giuliani, A. Sciré, R. Miglierina, J. P. R. Laybourn, and S. Donati, IEEE J. Quantum Electron. 39, 1187 (2003).
[CrossRef]

Soriano, M. C.

Sukow, D. W.

Uchida, A.

A. Uchida, K. Amano, M. Inoue, K. Hirano, S. Naito, H. Someya, I. Oowada, T. Kurashige, M. Shiki, S. Yoshimori, K. Yoshimura, and P. Davis, Nat. Photon. 2, 728 (2008).
[CrossRef]

Udaltsov, V. S.

V. S. Udaltsov, J. P. Goedgebuer, L. Larger, J. B. Cuenot, P. Levy, and W. T. Rhodes, Phys. Lett. A 308, 54 (2003).
[CrossRef]

Van der Sande, G.

L. Gelens, S. Beri, G. Van der Sande, G. Mezosi, M. Sorel, J. Danckaert, and G. Verschaffelt, Phys. Rev. Lett. 102, 193904 (2009).
[CrossRef]

I. V. Ermakov, G. Van der Sande, and J. Danckaert, “Semiconductor ring laser subject to delayed optical feedback: bifurcations and stability,” Commun. Nonlinear Sci. Numer. Simul. (to be published).

van Tartwijk, G. H. M.

G. H. M. van Tartwijk and D. Lenstra, Quantum Semiclass. Opt. 787 (1995).
[CrossRef]

Vasquez, H.

S. Ortín, J. Gutiérrez, L. Pesquera, and H. Vasquez, Physica A 351, 133 (2005).
[CrossRef]

Verschaffelt, G.

L. Gelens, S. Beri, G. Van der Sande, G. Mezosi, M. Sorel, J. Danckaert, and G. Verschaffelt, Phys. Rev. Lett. 102, 193904 (2009).
[CrossRef]

Yoshimori, S.

A. Uchida, K. Amano, M. Inoue, K. Hirano, S. Naito, H. Someya, I. Oowada, T. Kurashige, M. Shiki, S. Yoshimori, K. Yoshimura, and P. Davis, Nat. Photon. 2, 728 (2008).
[CrossRef]

Yoshimura, K.

A. Uchida, K. Amano, M. Inoue, K. Hirano, S. Naito, H. Someya, I. Oowada, T. Kurashige, M. Shiki, S. Yoshimori, K. Yoshimura, and P. Davis, Nat. Photon. 2, 728 (2008).
[CrossRef]

Zunino, L.

L. Zunino, M. C. Soriano, I. Fischer, O. A. Rosso, and C. R. Mirasso, Phys. Rev. E 82, 046212 (2010).
[CrossRef]

IEEE J. Quantum Electron. (2)

M. Sorel, G. Giuliani, A. Sciré, R. Miglierina, J. P. R. Laybourn, and S. Donati, IEEE J. Quantum Electron. 39, 1187 (2003).
[CrossRef]

D. Rontani, A. Locquet, M. Sciamanna, D. S. Citrin, and S. Ortín, IEEE J. Quantum Electron. 45, 879 (2009).
[CrossRef]

Nat. Photon. (1)

A. Uchida, K. Amano, M. Inoue, K. Hirano, S. Naito, H. Someya, I. Oowada, T. Kurashige, M. Shiki, S. Yoshimori, K. Yoshimura, and P. Davis, Nat. Photon. 2, 728 (2008).
[CrossRef]

Opt. Lett. (3)

Phys. Lett. A (1)

V. S. Udaltsov, J. P. Goedgebuer, L. Larger, J. B. Cuenot, P. Levy, and W. T. Rhodes, Phys. Lett. A 308, 54 (2003).
[CrossRef]

Phys. Rev. E (1)

L. Zunino, M. C. Soriano, I. Fischer, O. A. Rosso, and C. R. Mirasso, Phys. Rev. E 82, 046212 (2010).
[CrossRef]

Phys. Rev. Lett. (2)

L. Gelens, S. Beri, G. Van der Sande, G. Mezosi, M. Sorel, J. Danckaert, and G. Verschaffelt, Phys. Rev. Lett. 102, 193904 (2009).
[CrossRef]

R. Hegger, M. J. Bünner, H. Kantz, and A. Giaquinta, Phys. Rev. Lett. 81, 558 (1998).
[CrossRef]

Physica A (1)

S. Ortín, J. Gutiérrez, L. Pesquera, and H. Vasquez, Physica A 351, 133 (2005).
[CrossRef]

Physica D (1)

M. D. Prokhorov, V. I. Ponomarenko, A. S. Karavaev, and B. P. Bezruchko, Physica D 203, 209 (2005).
[CrossRef]

Quantum Semiclass. Opt. (1)

G. H. M. van Tartwijk and D. Lenstra, Quantum Semiclass. Opt. 787 (1995).
[CrossRef]

Other (1)

I. V. Ermakov, G. Van der Sande, and J. Danckaert, “Semiconductor ring laser subject to delayed optical feedback: bifurcations and stability,” Commun. Nonlinear Sci. Numer. Simul. (to be published).

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 (6)

Fig. 1.
Fig. 1.

Schematic of SRL with cross feedback. CW, clockwise mode; CCW, counterclockwise mode.

Fig. 2.
Fig. 2.

(a) |Eccw|2 and (b) its associated optical spectrum. (c) Autocorrelation computed from |Eccw|2. We consider ηccw=6ns1 and ηcw=5ns1, and α=3.5. Vertical dashed lines indicate the different time delays.

Fig. 3.
Fig. 3.

(a) |Eccw|2 and (d) its enlarged optical spectrum in decibels. (b), (e) Autocorrelation and (c), (f) DMI computed from |E|2 (top row) and from φArg[E(t)] (bottom row) considering α=3.5, ηccw=2.5ns1, and ηcw=0.8ns1. CCW (black), CW (gray, color).

Fig. 4.
Fig. 4.

Same as in Fig. 3 for α=5.

Fig. 5.
Fig. 5.

Same as in Fig. 3 for c=2s=0.001.

Fig. 6.
Fig. 6.

DMI computed from |Eccw|2 (a) and (b) φccw and its optical spectrum (c) considering the set of parameters: ηccw=0, ηcw=25ns1, α=3.5, c=2s=0.01, and Tcw=0.5ns. Other parameters are unchanged.

Equations (4)

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

E˙cw=κ(1+iα)[GcwN1]Ecw(kd+ikc)Eccweiϕ+ηccwEccw(tTccw)eiω0Tccw,
E˙ccw=κ(1+iα)[GccwN1]Eccw(kd+ikc)Ecweiϕ+ηcwEcw(tTcw)eiω0Tcw,
N˙=γ[μNGcwN|Ecw|2GccwN|Eccw|2],
dφccwdt=κα(GccwN1)kc|Ecw||Eccw|cos[φcwφccw+ϕ]+ηcw|Ecw,T||Eccw|sin[φcw(tTcw)φccwω0Tcw].

Metrics