[发明专利]一种随机激光的产生、光谱同步和编码共享方法

说明书

本发明公开了一种随机激光的产生、光谱同步和编码共享方法，通过光纤型无序微腔级联结构实现，脉冲泵浦光源照射在光纤型无序微腔级联结构中的网络节点上，产生随机激光；调节相邻网络节点之间的耦合效率，实现随机激光光谱同步；对随机激光光谱进行二进制编码，实现光谱同步中的不同网络节点同步输出相同二进制码串，实现编码共享。本发明提出的光纤型无序微腔级联结构，可产生多点关联的随机激光，输出的随机激光光谱线宽窄、发射波长范围宽，易于组网和互联；克服了原有随机激光系统难以互联和同步的难题，为随机辐射系统的输出同步提供了有效方法。基于随机激光光谱同步的光谱编码和编码共享，是一种物理层随机编码生成和信息共享的方法。

技术领域

本发明属于光学激光与光信息领域，特别涉及一种随机激光的产生、光谱同步和编码共享方法。

背景技术

自然界和人造环境中均不可避免地存在着无序和紊乱现象，无序和紊乱系统中的光-光或光-物质相互作用会产生复杂的光学现象，例如对称性破坏，随机激射，混沌，怪波和类神经元等现象。操控复杂光学结构中的这些现象，在光谱学、成像、传感、保密通信、神经网络和物联网等应用中具有重要应用前景。

光学微腔是诸多光子应用的重要组成部分，可产生具有超高质量因子和低阈值功率的光模式或激光，然而，利用这种输出通常需要复杂的倏逝耦合和苛刻的相位匹配条件。基于以上问题，不定形甚至无序微腔先后发明，为宽带耦合、无散斑成像和非线性扰动抑制等提供了上佳方法。

无序微腔输出通常具有光谱、时域等的随机性，即随机激光输出。一方面，这为输出激光提供了更多的可能性和更宽泛的条件；另一方面，也引入了更多的不确定性。这种随机激光器之间的耦合和同步研究将为我们理解、控制以及利用众多无序系统提供重要的参考，为神经网络、物联网等应用提供重要支撑，在光谱指纹、随机编码生成等应用方面具有独到优势。然而，目前实现和控制随机激光器之间的相互作用和同步的有效方法仍比较匮乏，尤其是单脉冲泵浦条件下随机激光如何获得光谱同步，以及此类光谱同步的信息学应用尚没有公开方法。

因此，本发明将针对不定形微腔随机激光器，提出其随机光谱产生、同步和光谱编码共享方法，为复杂系统随机激光器之间的同步及其应用提供有效方案，为未来复杂网络随机事件的同步乃至万物互联等应用提供参考。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种随机激光的产生、光谱同步和编码共享方法，以解决随机激光器之间输出同步困难和复杂系统的节点之间的信息互通的问题。

本发明提出的一种随机激光的产生、光谱同步和编码共享方法通过本发明设计的光纤型无序微腔级联结构实现，所述光纤型无序微腔级联结构包括若干个(至少两个)不定形微腔增益区和若干个(至少两个)耦合波导区，每一个不定形微腔增益区对应一个耦合波导区；每一个不定形微腔增益区作为一个独立的网络节点，每一个不定形微腔增益区受脉冲泵浦光源激发后可产生单一网络节点的随机激光；每一个耦合波导区包括多模光纤和耦合控制器件，多模光纤通过嵌套或熔接方式与对应的不定形微腔增益区相连，将对应的不定形微腔增益区产生的单一网络节点的随机激光输出，同时耦合波导区将该对应的不定形微腔增益区与其他作为独立网络节点的不定形微腔增益区进行耦合。

任意一个独立网络节点对应的耦合波导区具有激光输出和耦合功能，耦合波导区采用多模光纤结构，同时通过光纤法兰盘连接耦合控制器件，所述耦合控制器件为可调衰减器、隔离器或扰模器等，该独立网络节点对应的耦合波导区再通过光纤法兰盘级联到下一独立网络节点对应的耦合波导区，即任意一个独立网络节点对应的耦合波导区结构为多模光纤-耦合控制器件-多模光纤(一条多模光纤通过光纤法兰盘连接耦合控制器件后，再通过光纤法兰盘连接另一条多模光纤，耦合控制器件两侧为两条完全相同的多模光纤)。通过调节任意一个独立网络节点对应的耦合波导区中的耦合控制器件，如改变可调衰减器的衰减强度、使用隔离器控制功率注入方向等，以此改变任意一个独立网络节点对应的耦合波导区中的多模光纤结构中的激光耦合强度、方向、偏振态、横模耦合效率等信息。