一种超宽带混沌信号发生器

摘要

一种超宽带混沌信号发生器，是由驱动激光器、响应激光器、从激光器和光环形器构成环形结构系统，三个激光器的输出经由光环形器注入到下一个激光器中，驱动激光器的输出光经由光环形器到掺铒光纤放大器，放大后由偏振控制器控制其偏振态，经光环形器的端口注入响应激光器，响应激光器的输出光经光环形器端口到掺铒光纤放大器，放大后经光纤耦合器的端口，部分光由偏振控制器控制其偏振态经光环形器的端口注入从激光器，从激光器的输出经光环形器的端口经衰减器，由偏振控制器控制其偏振态由光环形器的端口注入到驱动激光器，循环往复，最后产生宽带混沌激光由光耦合器一端输出。

权利要求

1.一种超宽带混沌信号发生器，其所述发生器是由驱动激光器(1)、响应激光器(2)和从激光器(3)通过光环形器I(4)、光环形器II(7)和光环形器III(11)构成一个环形结构系统；其中：

所述驱动激光器(1)的输出光经由光环形器I(4)到掺铒光纤放大器I(5)，放大后由偏振控制器I(6)控制其偏振态，经光环形器II(7)的端口III注入到响应激光器(2)，响应激光器(2)的输出光经光环形器II(7)的端口IV到掺铒光纤放大器II(8)，放大后经光纤耦合器(9)的端口V，部分光由偏振控制器II(10)控制其偏振态经光环形器III(11)的端口VI注入到从激光器(3)中，从激光器(3)的输出经光环形器III(11)的端口VII经衰减器(12)，由偏振控制器III(13)控制其偏振态由光环形器I(4)的端口VIII注入到驱动激光器(1)，循环往复，产生宽带混沌激光由光纤耦合器(9)一端输出。

说明书

一种超宽带混沌信号发生器

技术领域

[0001] 本发明涉及一种宽带混沌信号发生器，具体来讲，是一种利用半导体激光器环产生超宽带混沌激光信号的装置，应用于光通信、雷达探测、激光测距和保密等领域。

背景技术

[0002] 半导体激光器在附加扰动(光反馈、光注入或光电反馈)下可以产生混沌激光.基于混沌激光的混沌保密通信、混沌激光雷达、快速随机数发生器、相关混沌光时域反射仪和光学相干层析等众多应用被相继提出。带宽是衡量混沌激光质量的重要指标，它直接决定着混沌激光在不同领域的应用质量，例如：带宽决定着混沌保密通信所能隐藏的信号速率、混沌激光雷达和相关混沌光时域反射仪的测量精度、随机数的产生速率等关键技术指标。

[0003] 由于受限于半导体激光器的弛豫振荡频率，传统的混沌激光的带宽为仅为GHz量级，这将严重限制混沌激光的应用。因此，产生超宽带的混沌激光信号是目前混沌激光领域的研究热点和难点。王安帮等人利用外光注入与光反馈联合扰动效应，使半导体激光器的带宽提高到了16.7GHz，同时通过改变注入光的频率实现混沌光信号的带宽的调制(IEEE Photonics Technology Letters，Vol.20，p.1663，2008)；Hiroyuki Someya等人发现将混沌光注入比其光频率略低的半导体激光器中能够产生12GHz的宽带混沌激光(Optics Express，Vol.17，p.19536，2009)；Kristine E.Callan等人利用超快脉冲半导体激光器和光电振荡环相结合产生了8GHz以上的平坦宽带混沌(Phys.Rev.Lett.Vol.104，p.113901，2010)。

[0004] 虽然利用目前的现有技术，可以将半导体激光器输出的混沌激光带宽最高可提至16.7GHz，但是随着科学技术的不断发展，尤其是全光通信、全光随机数以及高精度远距离定位系统的快速发展，人们迫切需要更高带宽的混沌激光。

发明内容

[0005] 本发明的目的是提供一种超宽带平坦混沌信号发生装置，实现带宽超过40GHz(频谱仪测量范围)的平坦宽带混沌信号的输出；本发明的问题在于设计频率失谐匹配、偏振态匹配的半导体激光器环形结构，使三个激光器在合适的互注入的扰动下，产生超宽带平坦的混沌激光信号。

[0006] 本发明所提供的一种超宽带混沌信号发生器，其所述发生器是由驱动激光器、响应激光器和从激光器通过光环形器I、光环形器II和光环形器III构成一个环形结构系统；其中：

[0007] 所述驱动激光器的输出光经由光环形器I到掺铒光纤放大器I，放大后由偏振控制器I控制其偏振态，经光环形器II的端口III注入到响应激光器，响应激光器的输出光经光环形器II的端口IV到掺铒光纤放大器II，放大后经光纤耦合器的端口V，部分光由偏振控制器II控制其偏振态经光环形器III的端口VI注入到从激光器中，从激光器的输出经光环形器III的端口VII经衰减器，由偏振控制器III控制其偏振态由光环形器I的端口VIII注入到驱动激光器，循环往复，产生宽带混沌激光由光纤耦合器一端输出。

[0008] 本发明提供的一种超宽带混沌信号发生装置，该装置可以实现带宽超过40GHz、频谱平坦度小于5dB的超宽带混沌信号，是目前实验产生的带宽最宽的混沌信号。利用本发明产生的超宽带混沌激光信号，可以将光通信的传输速率提高至40GHz，而激光测距的分辨率将提高至mm数量级，随机数速率达到20GHz。

附图说明

[0009] 图1是本发明的超宽带混沌信号发生器结构示意图；

[0010] 图2利用本发明产生的27GHz的宽带混沌信号；

[0011] 图3利用本发明产生的40GHz的宽带混沌信号。

[0012] 图1中：1：驱动激光器；2：响应激光器；3：从激光器；4：光环形器；5：掺铒光纤放大器；6：偏振控制器；7：光环形器；8：掺铒光纤放大器；9：光纤耦合器；10：偏振控制器；11：光环形器；12：衰减器；13：偏振控制器。

具体实施方式

[0013] 下面作出进一步的详细说明：

[0014] 如图1所示，本发明包括驱动激光器1、响应激光器2、从激光器3、光环形器4、掺铒光纤放大器5、偏振控制器5、光纤耦合器9以及衰减器12构成。其中，驱动激光器1、响应激光器2和从激光器3均为DFB半导体激光器。

[0015] 实施本发明所述的一种超宽带平坦混沌信号发生装置，是将驱动激光器1的输出光经由光环形器4到掺铒光纤放大器5，适当放大后由偏振控制器6控制其偏振态，经光环形器7的端口III注入到响应激光器2，由于拍频的作用，会产生中心频率高于20GHz且宽度约为2GHz的振荡，且振荡的中心频率总是和两个激光器的频率失谐相同；该混沌信号经掺铒光纤放大器8、光纤耦合器9、偏振控制器10以及光环形器11注入从激光器3中，由于从激光器3与驱动激光器1的频率失谐较小，从激光器3注入到驱动激光器1的光会使驱动激光器1的驰豫振荡增强，驰豫振荡的中心频率约为5GHz，宽度约为7GHz。激光器间的频率失谐(Δv1j＝v1-vj，j＝2，3)通过调整半导体激光器的工作温度来实现。由于利用频率失谐产生高频振荡需要较强的偏振光，故相应激光器2和从激光器3的注入光都需用掺铒光纤放大器进行放大，并用偏振控制器产生偏振光。在完整的半导体激光器环形成后，前一个激光器已有的振荡成分会使后一个激光器的振荡在相同频率处得以增强。这样，不同频率的振荡信号就会在激光器环中不断循环并得以增强，最终产生平坦的宽带混沌信号，由光耦合器9的一端输出。

[0016] 上述宽带混沌信号发生器是三个半导体激光器的输出都经由光环形器注入到下一个激光器之中.注入光的偏振态都由偏振控制器控制.注入到相应激光器2和从激光器3的光功率都分别由掺铒光纤放大器控制，而注入到驱动激光器1的光强度由衰减器12来控制.响应激光器2和从激光器3相对于驱动激光器1的频率失谐(Δv1j＝v1-vj，j＝2，3)通过调整半导体激光器的工作温度来实现，最后产生的宽带混沌信号由光纤耦合器9的一端输出，当驱动激光器1的波长为1554.082nm，Δv12＝25.3～26GHz；0GHz＞Δv13＞-4GHz时，利用本发明的光环形器7实现了带宽为27GHz的超宽带混沌信号的输出，实验结果见附图2；当驱动激光器1的波长为1554.082nm，Δv12＝33.0～36.0GHz；0GHz＞Δv13＞-6GHz时，利用本发明的光环形器7实现了带宽为40GHz的超宽带混沌信号的输出，实验结果见附图3。附图2和附图3表明：利用本发明提出的一种超宽带平坦混沌信号发生装置，可以产生平坦度小于5dB的超宽带混沌激光信号，最大带宽为40GHz或者更高。