[发明专利]一种随机激光的产生、光谱同步和编码共享方法

权利要求书

1.一种随机激光的产生、光谱同步和编码共享方法，其特征在于，该方法通过光纤型无序微腔级联结构实现，该光纤型无序微腔级联结构主要包括n个不定形微腔增益区、n个耦合波导区、一个脉冲泵浦激光器(6)、n个光谱仪(7)、n个透镜(8)和至少一个分束镜(9)，每一个不定形微腔增益区作为一个网络节点对应一个耦合波导区和一个光谱仪(7)；每一个不定形微腔增益区包括空芯毛细管(1)，无序包层膜(2)和激光染料溶液(3)；每一个耦合波导区包括多模光纤(4)和耦合控制器件(5)，每一个耦合波导区的结构为第一多模光纤通过光纤法兰盘连接耦合控制器件(5)之后，再通过光纤法兰盘连接第二多模光纤；每一个不定形微腔增益区与其对应的耦合波导区中的第一多模光纤嵌套熔接；n个不定形微腔增益区的一端利用光纤法兰盘连接n个对应的耦合波导区中的第二多模光纤，以实现n个网络节点相连，n个不定形微腔增益区的另一端分别通过n个对应的光谱仪(7)进行随机激光光谱的采集；其中，所述多模光纤包括第一多模光纤和第二多模光纤，且第一多模光纤和第二多模光纤完全相同；n个网络节点相连的方式为串联、星型网络连接或树形网络连接，n≥2且n为整数；

脉冲泵浦激光器(6)发出的激光通过至少一个分束镜(9)的分束，形成至少两个光束，每一个光束通过对应的透镜(8)的聚焦后照射在一个不定形微腔增益区上，用于激发一个作为网络节点的不定形微腔增益区，受激发的不定形微腔增益区中的激光染料溶液(3)作为增益介质提供光放大，无序包层膜(2)提供光反馈，部分光子在受激发的不定形微腔增益区中形成闭合回路，形成光子局域化，导致光在受激发的不定形微腔增益区内部不断振荡放大，使得受激发的网络节点输出多波长相干机制的随机激光，多波长相干机制的随机激光由相应网络节点对应的光谱仪(7)探测，显示相应网络节点的多波长相干机制的随机激光光谱，实现随机激光的产生；

多模光纤(4)作为耦合波导将对应网络节点的多波长相干机制的随机激光光谱耦合到该网络节点对应的耦合波导区中的耦合控制器件(5)中，通过分别调节该网络节点及其相邻网络节点对应的耦合波导区中的耦合控制器件(5)，控制相邻网络节点之间的耦合输出，进而实现相邻网络节点之间随机激光的光谱同步；

对实现随机激光的光谱同步中的任意一个网络节点的多波长相干机制的随机激光光谱采用该网络节点对应的光谱仪(7)进行二进制编码，将该网络节点输出的多波长相干机制的随机激光光谱按照等间隔波长细化成多位比特区，并将该网络节点输出的多波长相干机制的随机激光光谱中纵模模式峰值定义为1，其他非峰值位置定义为0，由此将该网络节点输出的多波长相干机制的随机激光光谱转换成多比特位的二进制编码信息；由于在随机激光的光谱同步的过程中，不同网络节点同步地输出相同的多波长相干机制的随机激光光谱，因此具有相同的二进制编码信息，实现了编码共享。

2.根据权利要求1所述的随机激光的产生、光谱同步和编码共享方法，其特征在于，所述空芯毛细管(1)的尺寸为外径300μm，内径150μm。

3.根据权利要求2所述的随机激光的产生、光谱同步和编码共享方法，其特征在于，所述无序包层膜(2)由光学胶和TiO₂的混合溶液固化形成，光学胶和TiO₂的折射率分别为1.4和2.1，质量比为4：1，所形成的无序包层膜(2)的厚度为1μm到10μm。

4.根据权利要求3所述的随机激光的产生、光谱同步和编码共享方法，其特征在于，所述多模光纤(4)为大芯径阶跃折射率多模光纤，所述多模光纤(4)的纤芯、包层直径分别为105μm、125μm；所述多模光纤(4)的长度为20cm。

5.根据权利要求4所述的随机激光的产生、光谱同步和编码共享方法，其特征在于，所述耦合控制器件(5)为可调衰减器、隔离器或扰模器。

6.根据权利要求5所述的随机激光的产生、光谱同步和编码共享方法，其特征在于，所述脉冲泵浦激光器(6)为钇铝石榴石激光器，波长为532nm，重频为1Hz，脉宽为6ns，能量密度为1.5mJ/cm²。

7.根据权利要求6所述的随机激光的产生、光谱同步和编码共享方法，其特征在于，所述光纤型无序微腔级联结构中的不定形微腔增益区和耦合波导区的制备方法为：

步骤1：将光学胶和TiO₂配比成质量比为4：1的混合溶液，通过注射器充入空芯毛细管(1)，再将其抽回注射器后，残留溶液在毛细管壁上形成一层均匀的包层膜，用气泵向空芯毛细管(1)中注入空气并控制流速，以侵蚀的方式产生厚度不均匀的粗糙包层分布，随后用紫外光固化形成无序包层膜(2)，激光染料溶液(3)填充到内壁形成无序包层膜(2)的空芯毛细管(1)中后作为所述光纤型无序微腔级联结构的一个不定形微腔增益区，形成一个网络节点；采用同样的方法形成剩余n-1个网络节点；

步骤2：将一条切平后的多模光纤(4)固定在三维位移台上，通过旋转三维位移台上的旋钮，在x-y-z方向上移动多模光纤(4)，将该条切平后的多模光纤(4)嵌套至一个网络节点的空芯毛细管(1)内径中，并将连接处用光学胶旋涂密封，然后通过光纤法兰盘连接耦合控制器件(5)，之后再通过光纤法兰盘连接另一条多模光纤作为该网络节点对应的耦合波导区；用同样的方法制作剩余n-1个网络节点对应的耦合波导区；并通过光纤法兰盘连接n个网络节点对应的耦合波导区中的另一条多模光纤，从而实现n个网络节点的连接。