一种基于反馈干涉原理产生混沌光装置

摘要

本发明涉及混沌信号领域，具体为一种基于反馈干涉原理产生混沌光装置。解决了传统混沌光信号产生方式所导致的抗干扰能力较差、低频部分的能量受到抑制导致混沌光的使用效率受限等技术问题。一种基于反馈干涉原理产生混沌光装置，包括用于输入第一探测光信号的第一3dB耦合器，第一3dB耦合器的两个输出端分别连接有第一半导体光放大器和第二半导体光放大器，第一半导体光放大器的输出端连接有第一环形器，第二半导体光放大器的输出端连接有第二环形器；第一环形器和第二环形器的反射端共同连接有第二3dB耦合器，第二3dB耦合器的输出端连接有第三环形器；还包括用于输入第二探测光信号的第三半导体光放大器。

权利要求

1.一种基于反馈干涉原理产生混沌光装置，其特征在于，包括用于输入第一探测光信号的第一3dB耦合器（1），第一3dB耦合器（1）的两个输出端分别连接有第一半导体光放大器（2）和第二半导体光放大器（3），第一半导体光放大器（2）的输出端连接有第一环形器（4）的第一输入端，第二半导体光放大器（3）的输出端连接有第二环形器（6）的第一输入端；第一环形器（4）和第二环形器（6）的反射端共同连接有第二3dB耦合器（5），第二3dB耦合器（5）的输出端连接有第三环形器（9）；还包括用于输入第二探测光信号的第三半导体光放大器（7），第三半导体光放大器（7）的输出端与第三环形器（9）的反射端相连接，第三环形器（9）的输出端连接有1×3耦合器（11），1×3耦合器（11）的其中两个输出端分别连接有长度不同的第一光延时线（8）和第二光延时线（10）；第一光延时线（8）的输出端与第一环形器（4）的第二输入端相连接，第二光延时线（10）的输出端与第二环形器（6）的第二输入端相连接；1×3耦合器（11）的第三个输出端用于输出混沌光信号。

2.如权利要求1所述的一种基于反馈干涉原理产生混沌光装置，其特征在于，第一、第二探测光信号波长不同。

3.如权利要求1所述的一种基于反馈干涉原理产生混沌光装置，其特征在于第一、第二探测光信号功率都不超过1mW。

4.如权利要求1所述的一种基于反馈干涉原理产生混沌光装置，其特征在于第一光延时线（8）和第二光延时线（10）所在的两反馈回路中光延时差小于第三半导体光放大器（7）载流子恢复时间。

说明书

一种基于反馈干涉原理产生混沌光装置

技术领域

[0001] 本发明涉及混沌信号领域，具体为一种基于反馈干涉原理产生混沌光装置。

背景技术

[0002] 混沌信号具有高带宽和不可预测等特性，被广泛的应用于保密通信系统、随机数发生器、激光雷达、光纤传感等领域。

[0003] 目前，研究者主要通过光反馈（Mork J  , Tromborg B  , Mark J  . Chaos in semiconductor lasers with optical feedback: theory and experiment[J]. IEEE J 
Quantum Electron, 1992, 28(1):445‑446 vol.2.）、光注入（Simpson T B  , Liu J M  , 
Gavrielides A  , et al. Period‑doubling route to chaos in a semiconductor 
laser subject to optical injection[J]. Applied Physics Letters, 1994, 64(26):
3539.）或光电反馈（Tang S  , Liu J M  . Chaotic pulsing and quasi‑periodic route 
to chaos in a semiconductor laser with delayed opto‑electronic feedback[J]. 
IEEE Journal of Quantum Electronics, 2001, 37(3):329‑336.）等扰动方式，利用半导
体激光器、光纤激光器等产生混沌光信号。

[0004] 但是，外部扰动的加入，会带来诸多不利的因素，比如外腔反馈引入的时延特性，会使输出信号具有弱周期性，通过对时延信息（时延大小、反馈腔长、反馈强度等）进行提
取，会降低系统的抗干扰能力，进而威胁整个混沌光系统的安全性；而且，半导体激光器的
混沌强度振荡通常受到激光器驰豫振荡频率的影响。通过频域分析，功率谱分布在驰豫振
荡频率处有明显的尖峰，故限制了有效带宽；此外，由于通常电子采集设备类似于低通滤波
器，故低频部分的能量受到抑制，限制了混沌光的使用效率。

[0005] 考虑到传统混沌光信号产生方式所导致的抗干扰能力较差、低频部分的能量受到抑制导致混沌光的使用效率受限等技术问题，申请人提出一种基于反馈干涉原理产生混沌
光装置。

发明内容

[0006] 本发明为解决传统的混沌光产生方式所导致的技术问题，提供一种基于反馈干涉原理产生混沌光装置。

[0007] 本发明是采用以下技术方案实现的：一种基于反馈干涉原理产生混沌光装置，包括用于输入第一探测光信号的第一3dB耦合器，第一3dB耦合器的两个输出端分别连接有第
一半导体光放大器和第二半导体光放大器，第一半导体光放大器的输出端连接有第一环形
器的第一输入端，第二半导体光放大器的输出端连接有第二环形器的第一输入端；第一环
形器和第二环形器的反射端共同连接有第二3dB耦合器，第二3dB耦合器的输出端连接有第
三环形器；还包括用于输入第二探测光信号的第三半导体光放大器，第三半导体光放大器
的输出端与第三环形器的反射端相连接，第三环形器的输出端连接有1×3耦合器，1×3耦
合器的其中两个输出端分别连接有第一光延时线和第二光延时线；第一光延时线的输出端
与第一环形器的第二输入端相连接，第二光延时线的输出端与第二环形器的第二输入端相
连接；1×3耦合器的第三个输出端用于输出混沌光信号。

[0008] 本发明构建一种基于反馈干涉原理产生混沌光装置，能够解决传统的混沌光产生方式所导致的问题，如时延特性等，有效消除其对混沌光系统的安全威胁。

[0009] 该混沌光作为一种相位混沌信号，为后期实现高速的采集量化过程提供可能和依据。

[0010] 而且，该新型混沌光的产生装置可以产生宽频谱、高熵值的混沌光信号，其对保密通信系统、随机数发生器、光雷达、光纤传感等领域具有重要价值。

附图说明

[0011] 图1为一种基于反馈干涉原理产生混沌光装置的结构原理图。

[0012] 1‑第一3dB耦合器、2‑第一半导体光放大器、3‑第二半导体光放大器、4‑第一环形器、5‑第二3dB耦合器、6‑第二环形器、7‑第三半导体光放大器、8‑第一光延时线、9‑第三环
形器、10‑第二光延时线、11‑1×3耦合器。

[0013] 图2为混沌光的时序图。

[0014] 图3为混沌光的Lyapunov指数图。

具体实施方式

[0015] 第一、第二探测光信号波长不同。

[0016] 第一、第二探测光信号功率都不超过1mW。

[0017] 两反馈回路中第一光延时线8、第二光延时线10长度不同。

[0018] 第一光延时线8和第二光延时线10所在的两反馈回路中光延时差小于第三半导体光放大器7载流子恢复时间。

[0019] 如图1所示，本发明提出一种基于反馈干涉原理产生混沌光装置，包括：环形器、/
3dB耦合器、SOA、光延时线、以及1×3耦合器；第一探测光λ从A端注入第一3dB耦合器1；第
一3dB耦合器1分两路输出，分别依次连接第一半导体光放大器2、第一环形器4以及第二半
导体光放大器3和第二环形器6；第一环形器4和第二环形器6其输出均连接至第二3dB耦合
//
器5的输入端，第二3dB耦合器5的输出端连接至第三环形器9的输入端；第二探测光λ 从B端
注入第三半导体光放大器7，第三半导体光放大器7输出端也连接至第三环形器9的输入端；
第三环形器9的输出端连接至1×3耦合器11的输入端，1×3耦合器11输出分3路，两路作为
反馈，分别依次连接第一光延时线8、第一环形器4，以及第二光延时线10、第二环形器6；另
外1路作为混沌光信号的输出。

[0020] 具体工作过程如下：将波长为1550nm的第一探测光注入A端，经第一3dB耦合器1分两路输出；第一探测光依次通过第一半导体光放大器2和第一环形器4进入第二3dB耦合器
5；同理，第一探测光依次通过第二半导体光放大器3和第二环形器6进入第二3dB耦合器5。
由于处于初始状态下，两反馈回路均无光信号输入，不消耗SOA载流子，故第一探测光在经
历相同的增益下，第一半导体光放大器2、第二半导体光放大器3分别经第一环形器4、第二
环形器6输出均为高功率；由于反馈光信号，两路探测光经SOA产生相同的相位变化，根据交
叉相位调制原理，光信号经第一环形器4和第二环形器6在第二3dB耦合器5干涉相消；由探
测光通过第三环形器9进入SOA（第三半导体光放大器7）时不消耗载流子，而波长为1554nm
的第二探测光经第三半导体光放大器7中产生交叉增益调制效应，输出与输入相反的光信
号，即为高功率；再经1×3耦合器11产生3路光信号，1路光信号作为输出，2路光信号作为反
馈信号，分别经第一光延时线8、第二光延时线10作用于第一环形器4和第二环形器6。

[0021] 当反馈光时延相等时，输出光信号为高功率，分别经第一光延时线8、第二光延时线10同时达到第一环形器4和第二环形器6；同理，两路均消耗SOA载流子，第二探测光在经
历相同的增益下，第一半导体光放大器2、第二半导体光放大器3分别经第一环形器4、第二
环形器6输出均为低功率；由于反馈光信号，两路探测光经SOA产生相同的相位变化，根据交
叉相位调制原理，光信号经第二3dB耦合器5干涉相消；同理，1×3耦合器11输出为高功率，
此过程依次循环，混沌光信号处于“静止”状态。

[0022] 当反馈光时延不相等时，输出光信号为高功率，分别经第一光延时线8、第二光延时线10无法同时达到第一环形器4和第二环形器6；假若输出光信号经第一光延时线8先达
至第一环形器4，此时消耗第一半导体光放大器2载流子，经第一环形器4输出为低功率；而
第二环形器6因此时无反馈光信号输入，不消耗第二半导体光放大器3载流子，经第二环形
器6输出为高功率；由于两路反馈信号不一致，两路探测光经SOA产生π的相位差，而经第二
3dB耦合器5干涉相长；而最终1×3耦合器11输出为低功率，并将光信号经第一光延时线8、
第二光延时线10反馈于第一环形器4和第二环形器6。此过程依次循环，输出光信号会出现
周期性振荡；通过进一步调节反馈时延差至较小时，在SOA载流子恢复时间中出现非正常脉
冲，导致输出不确定光信号，并依次重复，发现光信号出现了随机振荡，而产生幅值呈二值
变化（高低功率）、相位呈随机变化、宽带等特点的混沌光。如图2所示，该光信号幅值呈二值
变化；如图3所示，Lyapunov指数为正，表明了该振荡光信号呈混沌特性。