[發明專利]基于弱增益耦合DFB激光器的寬帶混沌激光器芯片

有效

• 申請號: 201911243193.2
• 申請日: 2019-12-06
• 公開（公告）號: CN111129948B
• 公開（公告）日: 2021-10-08
• 發明（設計）人: 王安幫;賀培鑫;趙彤;賈志偉;郭園園;王龍生;王云才
• 申請（專利權）人: 太原理工大學
• 主分類號: H01S5/10
• 分類號: H01S5/10;H01S5/12;H01S5/065;H01S5/40
• 代理公司: 太原晉科知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 14110
• 代理人: 任林芳

本發明屬于集成混沌激光器領域；現有混沌信號發生器所產生的混沌信號存在帶寬窄、結構復雜，參數可調范圍小，難以產生混沌等問題；本發明提供一種基于弱增益耦合DFB激光器的寬帶混沌激光器芯片，DFB激光區的諧振腔采用弱增益耦合光柵設計，容易產生寬帶混沌激光；兩個激光區脊波導的側面分別集成溫控電阻并蒸鍍溫度電極，用于調控兩個激光區溫度，控制輸出光的中心波長；增益區驅動電極調控兩個激光區之間的互注入強度，以改變激光器輸出的光譜線寬，獲得更大的波長失諧量，以此產生更寬的混沌光，同時調節溫度還可使產生的混沌光變的更加平坦，本發明避免了因部分光反饋造成的輸出功率損失，運用互注入方式產生寬譜線、大幅度混沌光。

技術領域

本發明涉及集成混沌激光器技術領域，更具體的說，涉及一種基于互注入弱增益耦合DFB激光器的寬帶混沌激光器芯片。

背景技術

近年來，混沌激光已被廣泛應用于保密通信、高速隨機數生成、混沌激光雷達、混沌光時域反射儀、光纖傳感和測距等方面，同時這些應用正逐步向實用化和市場化邁進。然而現有激光器大多都是在實驗室利用半導體激光器加上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。為了實現混沌激光的實用化和產業化，國內外的研究者們希望研究出體積小、性能穩定的集成混沌激光器芯片。

國內外多家機構均開展了集成混沌激光器的相關研究。

2008年希臘雅典大學Argyris等人研制了單片集成混沌半導體激光器芯片（A.Argyris et al ., Physical Review Letters , 100( 19 ):194101 , 2008 .），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，通過在增益/吸收區加正反向電流及調節電流的大小可以得到不同的狀態。但是，此單片集成混沌半導體激光器芯片向外延伸1cm放置了專門的反射裝置，形成單腔反饋結構，且只能調節單反饋強度。

2012年大連理工大學公開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），其特點是利用主分布式反饋半導體激光器產生連續光，經雙向放大的半導體光放大器SOA放大后由無源光波導傳輸，最后注入從分布式反饋半導體激光器，使從分布式反饋半導體激光器產生混沌激光。然而，這種單注入型結構極易產生注入鎖定，且單注入產生的混沌激光帶寬窄、頻譜不平坦、輸出不穩定，而且往往包含兩個激光器的拍頻信息，會使混沌激光的頻譜出現典型的拍頻振蕩成份。

2013年清華大學發明一種由集成雙DFB激光器，一個相位區組成的芯片（D. Liu,et al. Optics express, 2013, 21, 2444-2451），其特點是左右兩激光器采用互注入過程，中間相位區調節兩激光器注入光的相位，通過調節激光器的偏置電流，使激光器輸出混沌光。但是芯片中所使用的激光器為折射率耦合型激光器，而增益耦合型激光器具有穩定的單縱模輸出、制作工藝簡單、噪聲低、高速動態調制下頻譜展寬（啁啾）小等優點，可進一步提高其性能。

2014年太原理工大學提出無時延、頻譜平坦、寬帶光子集成混沌半導體激光器（見專利：無時延、頻譜平坦、寬帶光子集成混沌半導體激光器，專利號：ZL201410435033 .9），該混沌激光器為混合集成混沌激光器。其特點為左、右分布式反饋半導體激光芯片可以實現光互注入過程，利用摻鉺的無源光波導給左、右分布式反饋半導體激光芯片提供隨機光反饋擾動，互注入結合隨機光反饋擾動兩個過程使左分布式反饋半導體激光芯片產生輸出無時延、頻譜平坦、寬帶的混沌激光。雖然該結構可以解決以上的問題，但是左、右分布式反饋半導體激光芯片發出的連續光在光波導中的耦合效率較低，這是該混合集成混沌激光器的難點。

然而，現有混沌信號發生器所產生的混沌信號存在功率譜不平坦（大于±5dB）、3dB帶寬難以超過30GHz以及混沌光譜線寬窄問題，大大限制了混沌信號的應用。

發明內容