[发明专利]基于非线性光纤有源光反馈产生宽带混沌激光装置及方法

说明书

本发明公开一种基于非线性光纤有源光反馈产生宽带混沌激光的装置及方法，其装置包括：半导体激光器、光环形器、1×2光纤耦合器、光放大器、高非线性光纤、衰减控制器、偏振控制器。半导体激光器输出连续激光通过光环形器、1×2光纤耦合器进入光放大器，光放大器将光放大后进入高非线性光纤，使其产生非线性效应，接着经过衰减控制器和偏振控制器，最终返回半导体激光器中形成有源光反馈，在光纤环路中不断放大、循环震荡，结合非线性效应，最终产生带宽超过50GHz、平坦度小于3.5dB的宽带混沌激光。本发明适用于通信、传感、信息安全等领域。

技术领域

本发明涉及光反馈混沌激光产生领域，具体是一种基于非线性光纤有源光反馈产生宽带混沌激光的装置及方法，适用于通信、传感、信息安全等领域。

背景技术

混沌激光因其具有类噪声、宽频谱的特性，广泛应用于混沌保密通信、混沌激光雷达、高速随机数产生、分布式光纤传感等领域。目前，利用半导体激光器产生混沌激光的方式包括光反馈、光注入和光电反馈。

光反馈由于其结构简单、更容易产生混沌而受到研究者们的广泛关注。然而，由于激光器的弛豫振荡占据了混沌激光的主要能量，限制了混沌激光的有效带宽和低频成分能量，使得混沌激光带宽窄、频谱不平坦，对其实际应用十分不利，比如会降低混沌保密通信的传输速率和随机数生成速率，影响分布式光纤传感的分辨率等。

针对以上问题，研究者们提出了多种方法用于增强混沌激光的带宽，2003年，日本琦玉大学Uchida等人将外部光反馈产生的混沌激光注入另一个半导体激光器，此时驰豫振荡频率仅为6.4GHz的半导体激光器产生混沌激光的带宽提升至22GHz（Optics Express,2010,18(6):5512-24）；2008年，太原理工大学王安帮等人提出将连续光注入外腔光反馈的半导体激光器，通过控制频率失谐量和光注入强度，混沌信号的带宽从6.2GHz增强至16.8GHz（IEEE Photonics Technology Letters,2008,20(19):1633-1635）；2011年，张明江等人通过双波长外光注入外腔光反馈的Fabry–Pérot激光器，得到80%带宽为32.3GHz的宽带混沌激光（IEEE Photonics Technology Letters,2011,23(24):1872-1874），但以上方案实验装置复杂，且产生的混沌激光带宽有限。

此外，研究者们发现，利用光纤环形振荡器可产生频谱平坦的宽带混沌激光，2012年，太原理工大学提出了一种混沌激光信号频谱展宽装置，将混沌激光注入环形振荡器从而产生宽带平坦的混沌激光信号，用于增强带宽（一种混沌激光信号频谱展宽装置及其方法，专利号ZL201210000656.4），2013年，提出通过混沌光注入到带有光放大器和可调谐滤波器的光纤环路中，得到带宽大于26.5 GHz、平坦度为±1.5dB的宽带混沌激光（AppliedPhysics Letters, 2013,102(3):031112）；2016年，西南大学提出将混沌信号注入非线性光纤环形镜中，利用其产生的非线性相移将带宽增强至41.2GHz（Proceedings of SPIE,2016,10017,100170V）；但上述这些方案均是对产生的混沌激光进行后处理，使其带宽增强和频谱整形。

2017年，中科院半导体研究所赵玲娟等人将放大反馈半导体激光器（AFL）芯片外加光纤环扰动产生带宽大于50GHz、平坦度为±3.6dB的宽带混沌激光（ScientificReports,2017,8:45900），但AFL芯片工艺复杂，造价昂贵。

因此，本发明提出一种基于非线性光纤有源光反馈产生宽带混沌激光的装置及方法。

发明内容

本发明目的是要解决现有光反馈结构所产生的混沌激光带宽窄、频谱不平坦的问题，本发明将半导体激光器输出激光经光放大器放大后，通过光纤环路形成有源光反馈，结合反馈路中的高非线性光纤所产生的非线性效应，最终产生带宽超过50GHz，平坦度小于3.5dB的宽带混沌激光。