[发明专利]无时延、频谱平坦、宽带光子集成混沌半导体激光器

说明书

技术领域

本发明涉及半导体激光器，具体是一种无时延、频谱平坦、宽带光子集成混沌半导体激光器。

背景技术

混沌激光作为激光器的一种特殊输出形式，具有随机、宽频谱等特性。近十年的研究表明，混沌激光已在混沌同步与保密光通信、高速随机数密钥生成、激光雷达、光纤网络故障检测、超宽带技术以及分布式光纤传感等领域显示出重要价值。由于半导体激光器具有重量轻、体积小、转换效率高、寿命长、集成性强等特点而成为研究者产生混沌激光的最主要器件。

用半导体激光器产生混沌激光的方法有光反馈方式、光注入方式、光电反馈方式和混合式扰动方式。由于光反馈方式结构简单，且更易于产生宽带高维混沌振荡，故而利用光反馈半导体激光器产生混沌激光成为研究者关注的热点。但是，光反馈半导体激光器输出的混沌激光会携带与反馈腔长有关的信息，在时域上呈现出弱周期性，即有时延特征。

针对上述问题，2011年太原理工大学提出了选择合适的散射体作为半导体激光器的连续反馈腔，单一提供连续后向散射、或提供连续后向散射并放大，对半导体激光器随机扰动，以此消除混沌激光器所产生的时延特征，提高混沌通信的保密性、混沌激光测距的精准性以及随机数的随机性，其目的是提供一种光反馈混沌激光器（见专利：一种光反馈混沌激光器，专利号：ZL201110198943.6）。 

然而，上述混沌光源都是在利用半导体激光器加上各种外部分立光学元件搭建而成的，体积庞大，易受环境影响、输出不稳定。要真正实现混沌光源的实用化和产业化，必须研制体积小、性能稳定、低成本的光子集成混沌半导体激光器，对推动混沌激光在科学研究、基础应用、工程技术等领域的应用具有重要的意义和价值。

光子集成混沌半导体激光器的研制集中在希腊、西班牙、意、德、英、法、爱尔兰7国共9个研究机构和光子器件公司联合实施的PICASSO计划、日本NTT公司与琦玉大学。

（1）2008年希腊雅典大学Argyris等人研制了单片集成混沌半导体激光器芯片（A. Argyris et al., “Photonic integrated device for chaos applications in communications,” Physical Review Letters, 100(19):194101, 2008.），2009年Syvridis和Argyris等人将此单片集成混沌激光器用于了混沌同步的研究，表明此集成混沌激光器芯片可用于混沌通信（D. Syvridis et al., “Integrated devices for optical chaos generation and communication applications,” IEEE Journal of Quantum Electronics, 45(11):1421-1428, 2009），2010年3月Argyris等人和德国海因里希-赫兹研究院弗劳恩霍夫电信研究所的Hamacher公布了此单片集成混沌激光器芯片封装后的模块化器件，利用此混沌激光器产生了稳定的混沌激光（A. Argyris et al., “Chaos-on-a-chip secures data transmission in optical fiber links,” Optics Express, 18(5):5188-5189, 2010.）。

（2）2010年12月，意大利帕维亚大学Annovazzi-Lodi等人、西班牙巴利阿里群岛大学Mirasso等人和德国海因里希-赫兹研究院弗劳恩霍夫电信研究所Hamacher研制了带有空气隙的双反馈光子集成混沌半导体激光器（V. Tronciu et al., “Chaos generation and synchronization using an integrated source with an air gap,” IEEE Journal of Quantum Electronics, 46(12):1840-1846, 2010.）。