[發明專利]基于分布式布拉格反射光柵的單片集成混沌半導體激光器

有效

• 申請號: 202111456074.2
• 申請日: 2021-12-02
• 公開（公告）號: CN114400501B
• 公開（公告）日: 2022-12-09
• 發明（設計）人: 喬麗君;李舒卉;柴萌萌;衛曉晶;章宸旸;張明江
• 申請（專利權）人: 太原理工大學
• 主分類號: H01S5/068
• 分類號: H01S5/068;H01S5/125;H01S5/343
• 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: 趙江艷

本發明屬于集成混沌半導體激光器領域，具體是一種基于分布式布拉格反射光柵的單片集成混沌半導體激光器，其結構包括依次設置的：第一分布式反饋激光器區、相位區、分布式布拉格反射光柵區、第二分布式反饋激光器區、半導體光放大區。利用左、右兩個分布式反饋激光器互注入結合分布式布拉格反射光柵的分布式光反饋擾動兩個過程，最終能夠產生寬帶無時延的混沌激光。本發明所述的混沌激光器芯片采用單片集成工藝，體積小、集成度高、性能穩定、實用性強。

技術領域

本發明涉及集成混沌半導體激光器領域，具體是一種基于分布式布拉格反射光柵的單片集成混沌半導體激光器。

背景技術

混沌激光作為激光器的一種特殊的輸出形式，具有寬頻譜、類噪聲的特性，已廣泛應用于保密通信、隨機數生成、光纖傳感和人工智能等領域。混沌激光源作為混沌激光應用的核心器件，引發了越來越多研究者們的關注。傳統混沌激光源基于分立器件和外部光路輔助，各個器件需要精確的調節，其體積和穩定性成為了實際應用中需要克服的問題。與分立器件組成的混沌激光源相比，光子集成混沌激光器具有尺寸小、成本低、性能穩定等優點，更易于應用到工程實際中。

目前，光子集成混沌激光器的研究已經取得了一些成果，2008年，希臘雅典大學A.Argyris等人首次研制出一種直腔四段式單反饋光子集成混沌半導體激光器，通過無源光波導末端所鍍的高反膜為分布式反饋激光源提供單反饋以實現穩態、周期態、復雜混沌等豐富動力學狀態的輸出，該芯片輸出的混沌激光帶寬約為8.0GHz(Physical ReviewLetters, 2008, 100(19): 194101)。2010年，德國維爾斯特拉斯研究所V.Z. Tronciu等人研制出一種帶有空氣隙的集成多光反饋半導體激光器，其中，空氣隙的兩端面以及芯片右端面鍍的高反膜構成三腔反饋。該芯片在較低的反饋強度下即可生成高維混沌激光，產生的混沌激光帶寬約為7.0GHz。（IEEE Journal of Quantum Electronics , 46(12): 1840-4846）。2011年，日本NTT通信科學實驗室S. Sunada等人研制出一種帶有環形無源光波導的單片集成混沌半導體激光器，利用環形波導結構，芯片出光端輸出的激光經過環形波導反饋回激光腔，能夠產生帶寬約為8.0GHz的混沌激光(Optics Express, 2011, 19(7):5713-5724)。上述激光器芯片均采用光反饋結構，其產生的混沌激光帶寬受激光器自身弛豫振蕩頻率的限制，帶寬較小，將影響混沌激光的應用，例如限制混沌保密光通信系統中信息的傳輸速率；制約以混沌激光作為物理熵源產生的隨機數的碼率等。

互注入結構中存在兩個模式之間的拍頻效應，能夠較好的突破弛豫振蕩頻率的限制，提高混沌激光的帶寬。2014年，太原理工大學王云才等人提出了一種無時延、頻譜平坦、寬帶光子集成混沌半導體激光器，兩個分布式反饋半導體激光器實現互注入，摻鉺的無源光波導為兩個激光器提供隨機光反饋，激光器芯片能夠產生無時延、頻譜平坦、寬帶的混沌激光。該芯片采用混合集成方式，利用倒裝貼片技術將兩個分布式反饋半導體激光器發出的連續光與光波導耦合，耦合效率較低(無時延、頻譜平坦、寬帶光子集成混沌半導體激光器, ZL201410435033.9)。2017年，太原理工大學張明江等人提出了一種隨機散射光反饋的InP基單片集成混沌半導體激光器，兩個分布式反饋半導體激光器實現互注入，能夠展寬混沌激光的帶寬；摻雜無源光波導產生隨機光反饋構成分布式反饋腔，從原理上消除時延特征(一種隨機散射光反饋的InP基單片集成混沌半導體激光器芯片,CN201711140218.7)。

綜上所述，現有技術中的激光器產生的混沌激光帶寬窄、具有明顯時延特征的問題。

發明內容

本發明為了解決現有的半導體激光器產生的混沌激光帶寬窄、具有明顯時延特征的問題，提出了一種基于分布式布拉格反射光柵的單片集成混沌半導體激光器，能夠產生寬帶、無時延特征的混沌激光。