[发明专利]多波长混沌信号并行输出发生装置及方法

说明书

本发明公开了一种多波长混沌信号并行输出发生装置，它的半导体光放大器的输出端与单模光纤的输入端连接，单模光纤的输出端通过可调光衰减器与光环形器的第一通信端相连，多通带滤波器的通信端与光环形器的第二通信端相连，光环形器的第三通信端与1×2光纤耦合器输入端相连接，1×2光纤耦合器的第一输出端通过偏振控制器与光隔离器输入端相连，所述光隔离器输出端与半导体光放大器输入端相连接，1×2光纤耦合器的第二输出端为混沌信号输出端。本发明可以实现半导体光放大器光纤环形激光器的多路不同波长混沌光信号的并行输出，不同通道的混沌光信号均具有良好的随机性，并且不同波长之间相互独立。

技术领域

本发明涉及混沌激光技术领域，具体地指一种多波长混沌信号并行输出发生装置及方法。

背景技术

混沌信号由于具有对初始值非常敏感，宽带宽，长期不可预测等特点，被广泛应用于混沌保密通信、光时域反射计、光纤传感、随机比特产生、混沌测距等领域。目前，使用光注入和光反馈激发半导体激光器混沌震荡的技术研究已经非常成熟。但是受限于半导体激光器的结构特性，这一方法产生的混沌光信号波长调谐范围小，难以实现多波长并行输出。结合激光器在光通信系统中应用的发展历史，与传统通信系统中使用的波分复用技术类似的，混沌光信号也可以向多通道的波分复用上发展来提升信道传输容量，扩展混沌通信系统的信息承载能力。在大容量混沌保密通信、多路真随机数发生等应用需求的背景下，对多波长并行输出、且多个输出之间混沌信号相互独立的混沌激光器的研究有着重要意义。

目前，激光器实现多波长混沌激光输出主要有下面三种方法。第一种方法是利用光反馈多纵模半导体激光器并行输出多波长的混沌信号。2019年，Li等人通过实验分析对比了光反馈法布里-珀罗混沌半导体激光器滤波前后的多纵模及其中每一个单纵模信号的频谱特性，通过对输出信号进行简单滤波，实现混沌信号低频能量的显著提升，并且使混沌信号的频谱相对平坦化。但是这种方法输出的各个波长的混沌信号之间存在较强的相关性，不能作为独立的混沌载波或者真随机数发生器的物理随机信号源使用。(物理学报,2019,68(11),110501-1)。第二种方法是通在激光器输出端连接一个波分光器件，将系统输出的宽谱光信号根据按照波长范围分割成多路输出，实现多个波长光信号的输出。2013年，华中科技大学Xia等人通过采用掺铒光纤放大器将系统输出的混沌信号光功率放大，使用波分复用器实现3个波长混沌信号的并行输出(Optics Letters,2013,38(19):3762-3764.)。但由于其在腔外对混沌光进行分割，造成了大量的功率浪费，且输出的多波长混沌光信号功率较低，未能在保密光通信和真随机数生成中进行实际的应用。第三种方法是采用双腔结构通过在掺铒光纤激光器中加入两个不同波长的滤波器，并在激光器的驰豫振荡频率附近引入调制，实现双波长混沌光的输出(IEEE Photonics Technology Letters,2005,17(3):549-551)。该结构真正意义上实现了多波长混沌激光器，但该激光器输出的混沌光信号的带宽较低，无法应用于高速真随机数产生，也不适合作为高速混沌光通信的光载波。

发明内容

本发明的目的就是要提供一种多波长混沌信号并行输出发生装置及方法，本发明通过在半导体光放大光纤环形激光器中引入多通带滤波器，实现了多波长宽功率谱混沌光信号的并行输出，增大了保密光通信传输容量，提高了真随机数的生成速率。该激光器系统结构简单，输出混沌光信号路数多，在光传输、光保密等方面有着巨大的应用前景。

为实现此目的，本发明所设计的多波长混沌信号并行输出发生装置，包括半导体光放大器、单模光纤、可调光衰减器、光环形器、多通带滤波器、1×2光纤耦合器、偏振控制器和光隔离器；所述半导体光放大器的输出端与单模光纤的输入端连接，单模光纤的输出端通过可调光衰减器与光环形器的第一通信端相连，多通带滤波器的通信端与光环形器的第二通信端相连，光环形器的第三通信端与1×2光纤耦合器输入端相连接，1×2光纤耦合器的第一输出端通过偏振控制器与光隔离器输入端相连，所述光隔离器输出端与半导体光放大器输入端相连接，1×2光纤耦合器的第二输出端为混沌信号输出端。