[发明专利]衬底掺杂反馈垂直腔面发射混沌激光芯片

说明书

一种衬底掺杂反馈垂直腔面发射混沌激光芯片，包括垂直腔面发射激光器结构和衬底掺杂杂质元素结构；所述垂直腔面发射激光器结构是由从上到下依次紧密排列的P面电极、P型分布布拉格反射镜、有源区、N型分布布拉格反射镜及N面电极构成；所述衬底掺杂杂质元素结构是由衬底和大颗粒杂质元素构成；本发明利用随机光反馈产生混沌激光，彻底消除了光反馈半导体激光器的时延特征，并基于垂直腔面发射混沌激光器，阈值电流低，功耗小，输出光沿着垂直于衬底片的方向，易于大规模二维阵列集成，工艺简单，成本低，可广泛应用于保密通信、激光雷达、物理随机数产生等领域。

技术领域

本发明涉及一种混沌激光器领域，特别是一种用于衬底掺杂反馈垂直腔面的发射混沌激光芯片。

背景技术

混沌激光由于高带宽、类噪声等特性，被广泛应用于随机数发生器、保密通信、雷达等领域。

利用光反馈扰动半导体激光器可方便地获得混沌激光，然而，常规光反馈方式产生的混沌光信号会携带与反馈腔长有关的时延特征，在时域上呈弱周期性，在自相关曲线上出现旁瓣（Journal of Quantum Electronics，Vol. 45，p. 879-891，2009）。

时延特征的存在严重影响混沌激光应用性能，例如它会降低混沌物理随机数发生器的随机性，破坏混沌光通信系统的安全性，增加混沌雷达和光时域反射仪误判等。

为了减弱或消除时延特征问题，相关学者提出了众多方法来优化光反馈半导体激光器，典型地，法国学者D.Rontani证明当外腔反馈强度极弱时，光反馈半导体激光器的时延特性可得到抑制（Optics Letters，Vol. 32，p. 2960-2962，2007）；吴加贵等人发现采用双重反馈外腔，在适当条件下，光反馈半导体激光器的时延特性可以被很好的隐藏（OpticsExpress，Vol. 17，p. 20124-20133，2009）。

然而，值得注意的是，现有技术可以在一定程度上改善光反馈半导体激光器的时延特性，但它们整体系统复杂且条件苛刻，除此之外，目前光反馈半导体激光器大多是基于DFB激光器实现的，DFB激光器阈值电流较大，功耗比较高，且输出光沿着衬底片平行的方向，可集成度低，与之相比，垂直腔面发射激光器具有不可比拟的优势：首先，它的有源区体积小，能得到很低的阈值电流，功耗小，寿命长；其次，它具有较高的驰豫振荡频率，动态调制范围大；此外，其输出光斑为圆形，发散角小，与光纤的耦合效率高；最后，光输出沿着垂直于衬底片的方向，易于形成二维阵列集成。

发明内容

本发明的目的是提供一种衬底掺杂反馈垂直腔面发射混沌激光芯片，主要解决的技术问题是在衬底材料中掺杂杂质元素，为混沌激光芯片提供随机的后向散射，对出射激光造成随机的扰动，导致光反馈过程没有固定的外腔长信息，以此消除混沌激光芯片所产生的时延特征，提高混沌通信的保密性、混沌雷达的准确性以及随机数的随机性。

为了解决上述问题以及实现上述目的，本发明采取的技术方案是一种衬底掺杂反馈垂直腔面发射混沌激光芯片，该芯片主要包括垂直腔面发射激光器结构和衬底掺杂杂质元素结构两个部分。

所述垂直腔面发射激光器结构是由从上到下依次紧密排列的P面电极、P型分布布拉格反射镜、有源区、N型分布布拉格反射镜、N面电极构成，其中，P型分布布拉格反射镜、N型分布布拉格反射镜以及夹在它们之间的有源区构成有源谐振腔，提供激光激射所需增益物质，实现粒子数反转，出射激光。

所述衬底掺杂杂质元素结构由衬底和大颗粒杂质元素构成，这一结构可对出射光实现随机的后向散射过程，造成随机扰动，最终产生没有时延特征的混沌激光。

基于上述技术方案，所附加的技术特征在于：

所述P型分布布拉格反射镜和N型分布布拉格反射镜的反射谱中心波长为980nm或1550nm。

所述有源区的中心光谱为980nm或1550nm。