[发明专利]基于啁啾光纤光栅的光反馈混沌激光器

说明书

技术领域

本发明与光反馈混沌激光器有关，利用啁啾光纤光栅作为光反馈元件产生的混沌信号无时延特征信息。该混沌信号可提高混沌通信的保密性，测距的精准性和随机数的随机性，可应用于通信，传感，遥感等领域。 

背景技术

混沌激光具有高带宽和类噪声特性，被广泛应用于保密通信、激光雷达、光时域发射仪、光学相干层析、快速随机数发生器等。 

混沌激光可通过对激光器外加扰动来获得。传统产生的方法有镜面光反馈，光注入，光电调制等。其中镜面光反馈混沌激光器因其结构简单、易于调节和控制等优点在应用中备受青睐。但是，传统镜面光反馈混沌激光器为混沌激光的应用带来便利的同时，也具有不利因素—时延特性。所谓时延特性是指激光器输出的混沌激光会携带与反馈腔长有关的信息，在时域上呈现弱周期性，在自相关曲线上出现旁瓣。这种时延特性的存在严重影响混沌激光的应用质量。例如，降低混沌激光测距的测量精度、威胁混沌通信的保密性、破坏混沌激光快速随机数发生器的随机性等。 

针对以上问题，许多学者提出了多种改进镜面反馈的方法来优化镜面光反馈混沌激光器，以达到抑制或隐藏其时延特性的效果。例如，美国佐治亚理工学院D.Rontani提出对于单腔反馈半导体激光器，当反馈时延接近激光器弛豫振荡周期时，时延特征可以被隐藏（Optics Letters,Vol.32,p.2960-2962,2007）；我国西南大学夏光琼课题组提出，对于双外腔反馈半导体激光器，当两个外腔的反馈时延与弛豫振荡周期满足特定关系时，时延特征将被抑制（Optics Express,Vol.17,p.20124-20133,2009）。由于激光器弛豫振荡受偏置电流和反馈强度的影响，上树两种方法需要严格的参数匹配，限制了混沌的产生范围。除此之外，英国威尔士大学Shore教授数值研究了调制时延反馈方法，但该方法需要对时延进行多态，快速随机调制才能隐藏时延特征，这需要高速调制器和随机信号源，结构复杂，难于实现(Optics communications, ,vol.282,p.3568-3572,2009)。I.Fischer教授和潘炜教授相继提出偏振旋转反馈抑制时延特征，而这种方法需要在反馈腔中添加偏振旋转器，使结构复杂（Optics Letters,Vol.36,p.4632 

-4634，2011；Optics Communications，Vol.284，p.5758-5765，2011）。

在此之前，发明人提出了利用单一提供连续后向散射的散射体或提供连续后向散射并放大的散射体作为反馈腔，彻底消除了光反馈半导体激光器的时延特性，其中单一产生连续后向散射的散射体是光导纤维、薄膜波导和带状波导的一种，单一产生连续后向散射并放大的散射体是掺杂光纤与泵浦激光器的组合。香港城市大学陈仕俊提出利用无啁啾光纤光栅作为光反馈元件（IEEE Photonics Journal，Vol.4，p.1930-1935），与传统提供局部光反馈的镜面反馈方法不同的是该方法利用无啁啾光纤光栅提供了在光栅长度范围内的分布光反馈，从而使反馈延迟时间附近的自相关得到了展宽和抑制。并且由于无啁啾光纤光栅色散的联合增强，时延特性随着无啁啾光纤光栅带宽的降低而减小，但该方法中不同频率光的反馈延迟时间相同，即反馈延迟与频率无关，达到的效果是只能对光反馈时延特性进行抑制而不能完全消除。针对该问题，发明人提出了利用啁啾光纤光栅作为光反馈元件，在提供分布光反馈的基础上，不同频率的光经啁啾光纤光栅反馈后具有不同的反馈延迟时间，即反馈延迟时间与频率有关。在啁啾光纤光栅有效参数范围内可彻底消除光反馈时延特性。 

发明内容

本发明要解决的是光反馈混沌激光器时延特性的技术问题，并提供一种基于啁啾光纤光栅的光反馈混沌激光器。 

本发明是通过以下技术方案实现的。 

一种基于啁啾光纤光栅的光反馈混沌激光器，包括激光器、偏振控制器、光纤耦合器、光衰减器和啁啾光纤光栅；其特征是： 

激光器输出连续光依次经过偏振控制器、光纤耦合器和光衰减器注入啁啾光纤光栅；经啁啾光纤光栅反射后得到的延迟时间与光频相对应的反射光再经光衰减器、光纤耦合器和偏振控制器原路返回激光器，对激光器造成扰动，循环往复，产生无时延特性的混沌激光；