[发明专利]基于量子集成激光器并行产生无时延混沌的方法及装置

说明书

本发明涉及一种新型高效率产生多路激光的方法，具体为基于量子集成激光器并行产生无时延混沌的方法及装置，解决了现有单路混沌激光产生方法及装置效率低、稳定性差、系统复杂以及集成度不高的问题；本发明可以产生并行两路相互正交的强弱模宽度无时延混沌信号；基于量子集成激光器并行产生无时延混沌的方法，包括如下步骤：构建电泵浦量子点微柱型激光器作为光源；搭建产生多路混沌激光的光学系统；抑制时延及并行产生两路相互正交的宽带无时延混沌信号；本发明装置结构简单、稳定输出、成本低、易于集成，可广泛应用于多路光保密通信、激光测距、对激光相干长度的调控等方面。

技术领域

本发明基于量子集成激光器并行产生无时延混沌的方法及装置，属于基于量子集成激光器产生多路混沌的装置技术领域。

背景技术

不稳定性是激光器输出特性的一种普遍现象，混沌激光作为激光器输出的一种特殊形式，具有类噪声宽频谱的特性，基于这一特性，混沌激光在光保密通信、激光测距、对激光相干长度的调控等方面有广泛的应用和发展前景。一方面半导体激光器作为B类激光器在光电反馈(光注入)方式下可实现混沌输出，目前多路混沌激光产生的主要途径是通过分立器件利用光电反馈或注入等方式实现，2008年Uchida等人在《Nature Photonics》上用两个分立光反馈半导体激光器产生两路混沌激光作为随机数的物理熵源，虽然提高了随机数的生成速率，但提升了系统的复杂度，降低了系统的稳定性。另一方面混沌激光的带宽限制了混沌保密通信的传输速率，而时延特征则降低混沌信号的随机性，因此带宽增强和抑制时延特征成为了国内外广泛研究的热点，2003年日本学者Takiguchi等人借鉴强光锁定式注入提高半导体激光器调制带宽的方法，理论上提出利用强光注入锁定增强混沛激光带宽；同年，Uchida等人将光反馈半导激光器的混纯光注入到另一个定态的半导体激光器中，实现宽带混纯激光的输出，但是此方法只能产生单路的宽带混沌激光。2007年Rontani等人提出利用激光器驰豫振荡频率掩盖反馈时延特征，并于2009年从动力学角度详细分析了外腔半导体激光器的反馈时延特征。综上所述，现有单路混沌激光产生方法及装置存在效率低、稳定性差、系统复杂以及集成度不高的问题。

发明内容

本发明为了克服现有技术中存在的不足，所要解决的技术问题为：提供一种基于量子集成激光器产生多路混沌的装置硬件结构的改进。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：基于量子集成激光器并行产生无时延混沌的装置，包括由脉冲发生器、量子点和微柱型激光器构成作为光源的电泵浦的量子点微柱型激光器，量子点微柱型激光器输出两种正交的线偏振光通过分束棱镜将光分为两部分，其中第一光束经过中性滤波片，再通过第一零度全反镜反射进入作为光源的量子点微柱型激光器，构成光反馈回路，第二光束经过隔离器形成两种线偏振模式的混沌激光；

经隔离器的混沌激光通过半玻片和偏振分束棱镜分成两路正交的混沌激光，其中强模混沌激光进入第一光电探测器，弱模混沌激光经第二零度全反镜进入第二光电探测器；

第一光电探测器、第二光电探测器的输出端分别通过电缆连与FPGA芯片相连。

所述FPGA芯片的信号输出端通过导线分别连接有示波器和频谱仪。

所述电泵浦的量子点微柱型激光器具体采用AlAs/GaAs微腔结构，其中上层和下层为布拉格反射器，中间层为AlAs/GaAs空腔。

上层的布拉格反射器由N型掺杂的对数为23～50之间的AlAs/GaAs镜像对组成，下层的布拉格反射器由P型掺杂的对数为27～50之间的AlAs/GaAs镜像对组成，上下层的厚度均小于一个波长的长度。

中间层的AlAs/GaAs空腔厚度为一个波长的长度，其中心掺杂有单层自组装的In_0.3Ga_0.7As量子点作为活性介质，量子点面密度为十的九次方每平方厘米量级。

所述量子点微柱型激光器的横截面为椭圆，激光器的输出表现两种线偏振模式；