[發明專利]一種基于隨機光反饋的混沌半導體激光器及其使用方法

有效

• 申請號: 201711425264.1
• 申請日: 2017-12-25
• 公開（公告）號: CN108155559B
• 公開（公告）日: 2020-06-30
• 發明（設計）人: 徐紅春;周日凱;汪欽;劉成剛;王云才;張明江;王安幫;趙彤;喬麗君
• 申請（專利權）人: 武漢電信器件有限公司;太原理工大學
• 主分類號: H01S5/0683
• 分類號: H01S5/0683
• 代理公司: 深圳市愛迪森知識產權代理事務所(普通合伙) 44341
• 代理人: 何婷

本發明涉及混沌半導體激光器技術領域，提供了一種基于隨機光反饋的混沌半導體激光器及其使用方法。包括左分布式反饋半導體激光器1連接所述光纖耦合器2的第一端口，其中，所述光纖耦合器2通過第二端口與所述波分復用器4耦合，同時與波分復用器4耦合的還有泵浦激光器3；所述波分復用器4還與所述摻鉺光纖5的一端相連，其中，摻鉺光纖5的另一端與所述右分布式反饋半導體激光器6相連。本發明結構實現了后向散射與前向放大同步進行，可以保證后向散射光在傳輸過程中不會被完全損耗，實現整段摻鉺光纖任意位置對左、右分布式反饋半導體激光器的隨機擾動，隨機擾動信號沒有固定的外腔長信息，因此可以消除時延特征。

【技術領域】

本發明涉及混沌半導體激光器技術領域，特別是涉及一種基于隨機光反饋的混沌半導體激光器及其使用方法。

【背景技術】

近年來，混沌激光在混沌保密光通信、混沌激光雷達、混沌光時域反射儀、高速真隨機數產生、混沌超寬帶信號發生器和分布式光纖傳感等方面得到了廣泛應用，成為了國內外學者的研究熱點。通過給半導體激光器提供擾動可以產生混沌激光，其中光反饋方式結構簡單、易于調節和控制成為主要的混沌激光產生方式。

但是目前光反饋方式產生的混沌激光，其輸出信號會攜帶與反饋腔長有關的信息，即存在時延特征(Wu Y,et al.IEEE Journal of Quantum Electronics,2012,48(11):1371-1379.)。時延特征的存在對混沌激光在許多領域的應用是有害的，例如：在利用混沌激光作為物理熵源產生高速物理真隨機數時，會降低隨機數的隨機特性；在混沌保密光通信中，混沌激光具有時延特征信息會導致安全漏洞；在混沌雷達和光時域反射儀的應用中，會引入虛警和誤判，因此必須消除時延特征。再者因為半導體激光器弛豫振蕩頻率占據了混沌激光的主要能量，導致輸出的混沌信號帶寬僅維持在10GHz以下，且混沌頻譜不平坦。窄帶寬會限制混沌通信中信息的傳輸速率、數據加密速率、隨機序列的生成速率，混沌頻譜不平坦會限制低頻成分能量，為實際應用中后續電路采集和處理帶來困難。因此，針對于光反饋方式產生混沌激光存在的這些問題，許多研究者提出了不同的解決方案。

2008年王安幫等人針對于混沌激光帶寬的增強進行了研究(Wang A,et al.IEEEPhotonics Technology Letters,2008,20(19):1633-1635.)，具體為從激光器輸出的連續光經過光纖環形器將一部分光反饋回從激光器產生擾動，使其輸出混沌激光，與此同時一注入激光器將其輸出的連續光注入到從激光器中，發現從激光器輸出的混沌激光的帶寬大約為無連續光注入時的三倍，實現了混沌激光的帶寬的增強。

2011年太原理工大學發明了一種光反饋混沌激光器(見專利：一種光反饋混沌激光器，專利號：ZL201110198943.6)，其選擇合適的單一連續后向散射體、或提供連續后向散射并放大的散射體作為半導體激光器的連續反饋腔，利用連續反饋腔對單個半導體激光器的隨機反饋擾動，使半導體激光器產生混沌激光，以此實現消除光反饋半導體激光器的時延特征的目的。

2012年大連理工大學公開了一種光注入型混沌光子集成器件及其制備方法(見專利：一種光注入型混沌光子集成器件，專利號：ZL201210349951.0)，該單片集成混沌激光器包括兩個分布式反饋半導體激光器DFB、一個半導體光放大器和一段無源光波導，采用單向光注入法產生了寬帶的混沌激光。具體工作過程為：主分布反饋半導體激光器產生連續光，連續光經過半導體光放大器單向放大，放大后的連續光經無源光波導注入到從分布反饋半導體激光器，此處無源光波導僅僅起一個傳輸光的作用。通過調節主從分布反饋半導體激光器的注入電流使其中心波長失諧，同時調節半導體光放大器的放大倍數實現注入強度調節，進而主從分布反饋半導體激光器產生拍現象，此時從分布反饋半導體激光器可以產生出寬帶的混沌激光。