[發明專利]一種集成的光反饋垂直外腔面發射混沌激光器

在審

• 申請號: 201910087529.4
• 申請日: 2019-01-29
• 公開（公告）號: CN109687287A
• 公開（公告）日: 2019-04-26
• 發明（設計）人: 李璞;趙嘉敏;賈志偉;張星;王云才
• 申請（專利權）人: 太原理工大學
• 主分類號: H01S5/183
• 分類號: H01S5/183;H01S5/187
• 代理公司: 太原倍智知識產權代理事務所(普通合伙) 14111
• 代理人: 戎文華

一種集成的光反饋垂直外腔面發射混沌激光器，包括垂直腔面發射激光器結構和集成的反饋腔結構；所述垂直腔面發射激光器結構是由從上到下依次緊密排列的P面電極、P型分布布拉格反射鏡、有源區、N型分布布拉格反射鏡、N面電極構成，其中，P型分布布拉格反射鏡、N型分布布拉格反射鏡以及夾在它們之間的有源區構成有源諧振腔，提供激光激射所需增益物質；所述集成的反饋腔是由襯底和介質膜構成；本激光器閾值電流及功耗低，壽命長，結構緊湊，體積小，集成度高，可廣泛應用于保密通信、激光雷達、物理隨機數產生等領域。

技術領域

本發明涉及一種垂直外腔面發射混沌激光器，特別是涉及一種用于集成的光反饋垂直外腔面發射混沌激光器。

背景技術

混沌激光在通信領域有著廣泛應用，例如，它常用作保密通信的載波信號，測距雷達或光時域反射儀的探測信號以及密鑰發生器的熵源信號等。

通過對半導體激光器附加擾動是獲取混沌激光的有效方式，典型的擾動方法包括光反饋、光注入以及光電反饋等，例如：太原理工大學王云才課題組，利用DFB激光器外加光學反饋系統實現混沌激光的輸出（IEEE Photon. Technol. Lett., 20(19)：1633~1635，2008 ）；Simpson T B等人通過調節兩個激光器之間的注入強度和頻率失諧實現混沌激光的輸出（Physics Reports，416(1)：1-128，2005.）；Lin F Y等人利用延遲光電反饋的方式產生了混沌激光（Quantum Electronics，IEEE Journal of，39(4)：562-568，2003.）。

但是，目前已經報道的眾多方案多是在實驗臺上利用半導體激光器結合各種外部分立光學元件搭建而成的，體積龐大，易受環境影響、輸出不穩定，近年來，體積小、性能穩定、低成本的光子集成混沌半導體激光器研制工作發展迅速，例如，希臘學者Argyris等人研制了包含一個DFB激光器、增益/吸收區、相位控制區和長無源波導鍍膜反饋腔構成的單片集成混沌半導體激光器芯片，通過調節增益/吸收區的偏置電流，該芯片可以產生復雜的動力學狀態，包括混沌激光（Physical Review Letters，100(19)：1-4，2008.）；意大利Annovazzi-Lodi等人、西班牙Mirasso等人和德國Hamache研制了帶有空氣隙的雙反饋光子集成混沌半導體激光器芯片（IEEE Journalof Quantum Electronics，46(12)：1840-1846，2010.）；國內夏光瓊課題組與中科院半導體材料科學重點實驗室合作研制了一個三段式單片集成半導體激光器芯片用于產生混沌激光（Optics Express，21(20)：23358-23364，2013.），該芯片包含一個DFB區、相位控制區、放大區，并在一端端面鍍高反射膜以形成光反饋腔，通過控制反饋光強實現混沌光輸出；張明江等人提出的集成短腔混沌半導體激光器，它是由分布反饋激光器，準直透鏡，半透半反鏡，耦合透鏡以及無源光纖組成，其可以產生帶寬高達4.5GHz的混沌激光（IEEE Photonics Technology Letter，29(12)：1911-1914，2017.）。

但需要注意到的是，上述的集成混沌半導體激光器均采用DFB激光器作為光源，其輸出光沿著襯底片平行的方向，需多個工作區集成在一起，集成工藝復雜，成本頗高，與之相比，垂直腔面發射激光器具有不可比擬的優勢，如有源區的體積很小，能得到很低的閾值電流；具有較高的馳豫振蕩頻率，動態調制頻率高，調制帶寬寬；光輸出沿著垂直于襯底片的方向，易于形成二維陣列集成，工藝簡單，成本低等。

發明內容

本發明的目的是提供一種集成的光反饋垂直外腔面發射混沌激光器，主要解決的技術問題是在垂直腔面發射激光器的襯底上鍍制介質膜來構成集成的反饋腔，以此對發射激光附加擾動，實現光反饋，最終輸出混沌激光，其中，最重要的因素是選擇合適的襯底厚度作為反饋腔長以及選取合適的介質膜反射率作為反饋強度，這一發明減小了混沌源的體積，提高了集成度，解決了現有光反饋混沌激光器結構復雜的問題，可應用于現代密碼學、高速光通信等領域。