Multiple controllable spiking patterns are achieved in a 1310 nm Vertical-Cavity Surface Emitting Laser (VCSEL) in response to induced perturbations and for two different cases of polarized optical injection, namely, parallel and orthogonal. Furthermore, reproducible spiking responses are demonstrated experimentally at sub-nanosecond speed resolution and with a controlled number of spikes fired. This work opens therefore exciting research avenues for the use of VCSELs in ultrafast neuromorphic photonic systems for non-traditional computing applications, such as all-optical binary-to-spiking format conversion and spiking information encoding.

1.
C.
Mead
,
Analogue VLSI and Neural Systems
(
Addison-Wesley
,
1989
).
2.
E. C.
Mos
,
J. L.
Hoppenbrouwers
,
M. T.
Hill
,
M. W.
Blüm
,
J. H. B.
Schleipen
, and
H.
de Waardt
,
IEEE Trans. Neural Networks
11
,
988
(
2000
).
3.
A. R. S.
Romariz
and
K. H.
Wagner
,
Appl. Opt.
46
,
4736
(
2007
).
4.
A. R. S.
Romariz
and
K. H.
Wagner
,
Appl. Opt.
46
,
4746
(
2007
).
5.
K.
Kravtsov
,
M. P.
Fok
,
D.
Rosenbluth
, and
P. R.
Prucnal
,
Opt. Express
19
,
2133
(
2011
).
6.
M. P.
Fok
,
Y.
Tian
,
D.
Rosenbluth
, and
P. R.
Prucnal
,
Opt. Lett.
37
,
3309
(
2012
).
7.
B. J.
Shastri
,
M. A.
Nahmias
,
A. N.
Tait
, and
P. R.
Prucnal
,
Opt. Quantum Electron.
46
,
1353
(
2014
).
8.
D.
Brunner
,
M. C.
Soriano
,
C. R.
Mirasso
, and
I.
Fischer
,
Nat. Commun.
4
,
1364
(
2013
).
9.
A.
Aragoneses
,
S.
Perrone
,
T.
Sorrentino
,
M. C.
Torrent
, and
C.
Masoller
,
Sci. Rep.
4
,
4696
(
2014
).
10.
J.
Javaloyes
,
T.
Ackemann
, and
A.
Hurtado
,
Phys. Rev. Lett.
115
,
203901
(
2015
).
11.
S.
Barbay
,
R.
Kuszelewicz
, and
A. M.
Yacomotti
,
Opt. Lett.
36
,
4476
(
2011
).
12.
M.
Turconi
,
B.
Garbin
,
M.
Feyereisen
,
M.
Giudici
, and
S.
Barland
,
Phys. Rev. E
88
,
022923
(
2013
).
13.
B.
Romeira
,
J.
Javaloyes
,
C. N.
Ironside
,
J. M. L.
Figueiredo
,
S.
Balle
, and
O.
Piro
,
Opt. Express
21
,
20931
(
2013
).
14.
F.
Selmi
,
R.
Braive
,
G.
Beaudoin
,
I.
Sagnes
,
R.
Kuszelewicz
, and
S.
Barbay
,
Phys. Rev. Lett.
112
,
183902
(
2014
).
15.
A.
Hurtado
,
I. D.
Henning
, and
M. J.
Adams
,
Opt. Express
18
,
25170
(
2010
).
16.
A.
Hurtado
,
K.
Schires
,
I. D.
Henning
, and
M. J.
Adams
,
Appl. Phys. Lett.
100
,
103703
(
2012
).
17.
B.
Garbin
,
J.
Javaloyes
,
G.
Tissoni
, and
S.
Barland
,
Nat. Commun.
6
,
5915
(
2015
).
18.
R.
Al-Seyab
,
I. D.
Henning
,
M. J.
Adams
, and
A.
Hurtado
, in
IEEE International Semiconductor Laser Conference 2014, Paper TuP.31
, Palma de Mallorca (Spain), 7–10 September
2014
.
19.
W.
Coomans
,
L.
Gelens
,
S.
Beri
,
J.
Danckaert
, and
G.
Van der Sande
,
Phys. Rev. E
84
,
036209
(
2011
).
20.
M. A.
Nahmias
,
B. J.
Shastri
,
A. N.
Tait
, and
P. R.
Prucnal
,
IEEE J. Sel. Top. Quantum Electron.
19
,
1800212
(
2013
).
21.
B. J.
Shastri
,
M. A.
Nahmias
,
A. N.
Tait
,
B.
Wu
, and
P. R.
Prucnal
,
Opt. Express
23
,
8029
(
2015
).
22.
A. N.
Tait
,
M. A.
Nahmias
,
B. J.
Shastri
, and
P. R.
Prucnal
,
J. Lightwave Technol.
32
,
4029
(
2014
).
23.
H. J.
Wünsche
,
O.
Brox
,
M.
Radziunas
, and
F.
Henneberger
,
Phys. Rev. Lett.
88
,
023901
(
2001
).
24.
S.
Wieczorek
,
B.
Krauskopf
, and
D.
Lenstra
,
Phys. Rev. Lett.
88
,
063901
(
2002
).
25.
K.
Al-Naimee
,
F.
Marino
,
M.
Ciszak
,
S. F.
Abdalah
,
R.
Meucci
, and
F. T.
Arecchi
,
Eur. Phys. J. D
58
,
187
(
2010
).
26.
B.
Kelleher
,
C.
Bonatto
,
G.
Huyet
, and
S. P.
Hegarty
,
Phys. Rev. E
83
,
026207
(
2011
).
27.
S.
Wieczorek
,
B.
Krauskopf
,
T. B.
Simpson
, and
D.
Lenstra
,
Phys. Rep.
416
,
1
(
2005
).
28.
A.
Hurtado
,
A.
Quirce
,
A.
Valle
,
L.
Pesquera
, and
M. J.
Adams
,
Opt. Express
18
,
9423
(
2010
).
29.
I.
Aldaya
,
C.
Gosset
,
C.
Wang
,
G.
Campuzano
,
F.
Grillot
, and
G.
Castañon
,
Electron. Lett.
51
,
280
(
2015
).
30.
L. A.
Coldren
,
S. W.
Corzine
, and
M. L.
Mashanovitch
,
Diode Lasers and Photonic Integrated Circuits
(
John Wiley & Sons
,
2012
).
31.
F.
Koyama
,
J. Lightwave Technol.
24
,
4502
(
2006
).
32.
M. J.
Adams
,
A.
Hurtado
,
D.
Labukhin
, and
I. D.
Henning
,
Chaos
20
,
037102
(
2010
).
33.
K.
Schires
,
A.
Hurtado
,
I. D.
Henning
, and
M. J.
Adams
,
Electron. Lett.
48
,
872
(
2012
).
34.
G.
Giacomelli
,
F.
Marino
,
M. A.
Zaks
, and
S.
Yanchuk
,
Phys. Rev. E
88
,
062920
(
2013
).
35.
E. M.
Izhikevich
,
IEEE Trans. Neural Networks
15
,
1063
(
2004
).
36.
E. M.
Izhikevich
,
Int. J. Bifurcation Chaos
10
,
1171
(
2000
).
You do not currently have access to this content.