[发明专利]一种光学微腔集成宽带混沌激光器

说明书

本发明公开了一种光学微腔集成宽带混沌激光器，具体为：弧形六角激光器一端通过无源波导Ⅱ与变形微腔一端连接，变形微腔另一端与无源反馈波导连接，无源反馈波导的端面镀高反射膜，弧形六角激光器另一端与无源波导Ⅰ连接；弧形六角激光器输出光，一部分光经过变形微腔发生全反射后从无源波导Ⅱ反射出变形微腔，另一部分光进入无源反馈波导后，高反射膜将光反馈回变形微腔内，经过腔内射线轨道后也从无源波导Ⅱ反射出变形微腔，两路光一同耦合进入弧形六角激光器，最终产生的混沌激光由弧形六角激光器另一端的无源波导Ⅰ定向耦合输出。本发明带宽宽、频谱平坦、结构小巧、能够彻底消除时延特性。

技术领域

本发明涉及光子集成混沌半导体激光器技术领域，具体为一种光学微腔集成宽带混沌激光器。

背景技术

混沌激光器是一种新型的、重要的科学研究工具，应用广泛。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。半导体激光器因具有体积小、重量轻、转换效率高、寿命长、易集成等特点而成为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。但是目前产生混沌激光的方法，大多都是利用半导体激光器及外部分立光学元件搭建而成的（外腔长都在几米到几十米），体积庞大、结构复杂、易受外界环境的影响、输出不稳定。与离散器件组成的装置相比，集成芯片尺寸较小、成本较低、稳定性较好、适用于大批量生产，受许多国家的研究单位关注。

2008年，欧盟第六届科技框架计划PICASSO项目研制了首个光子集成的混沌外腔反馈半导体激光器；2010年，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；2013年，西南大学夏光琼课题组与中科院半导体材料科学重点实验室合作研制了单片集成半导体激光器芯片用于产生混沌激光等等。

但是，以上光子集成混沌半导体激光器均采用了DFB激光器延时光反馈结构，产生的混沌激光带有明显的时延特征信息，即混沌信号具有一定的周期性。此外，受激光器驰豫振荡的影响，光反馈半导体激光器产生的混沌信号的能量在频域上主要集中在驰豫振荡频率附近，造成频谱不平坦、低频抑制严重、带宽窄，不利于实际应用。综上所述，目前非常需要一种宽带、频谱平坦、结构小巧、能够彻底消除时延特性激光器。

发明内容

目前，大部分光子集成混沌半导体激光器均采用了DFB激光器延时光反馈结构，产生的混沌激光带有明显的时延特征信息。DFB激光器弛豫振荡频率低，并且激光器对弛豫振荡频率的响应远大于其它频率，导致混沌信号频谱不平坦、有效带宽低；目前单片集成的外腔长度至少需要约 1cm，不利于实际应用。为了解决上述问题，提供了一种光学微腔集成宽带混沌激光器。

本发明是通过如下技术方案来实现的：一种光学微腔集成宽带混沌激光器，包括弧形六角激光器和变形微腔，所述弧形六角激光器一端通过无源波导Ⅱ与变形微腔一端连接，所述变形微腔另一端与无源反馈波导连接，所述无源反馈波导的端面镀高反射膜，所述弧形六角激光器另一端与无源波导Ⅰ连接。

光学微腔集成宽带混沌激光器的光输出方法具体为：所述弧形六角激光器输出光，通过无源波导Ⅱ耦合进入变形微腔，一部分光经过变形微腔发生全反射后从无源波导Ⅱ反射出变形微腔，另一部分光进入无源反馈波导后，高反射膜将光反馈回变形微腔内，经过腔内射线轨道后也从无源波导Ⅱ反射出变形微腔，两路光一同耦合进入弧形六角激光器，最终产生的混沌激光由弧形六角激光器另一端的无源波导Ⅰ定向耦合输出。