一种大功率可调谐混沌激光光源装置

摘要

本发明属于混沌激光技术领域，公开了一种大功率可调谐混沌激光光源装置，包括可调谐DBR激光器、光衰减器、可调谐激光器、第一光耦合器、单模光纤、光纤布拉格光栅、第二光耦合器、宽带介质膜反射镜；所述可调谐DBR激光器与光衰减器的一端连接，光衰减器的另一端与第一光耦合器的第一端口连接，可调谐激光器与第一光耦合器第二端口连接，第一光耦合器的公共端口依次连接单模光纤、光纤布拉格光栅后与第二光耦合器的公共端口连接，第二光耦合器的第一端口与宽带介质膜反射镜连接，第二端口用于输出放大后的混沌激光；本发明可实现百瓦量级大功率可调谐混沌激光输出，可调谐范围大，时域稳定性好，具有良好的光束质量。

权利要求

1.一种大功率可调谐混沌激光光源装置，其特征在于，包括可调谐DBR激光器（1）、光衰减器（2）、可调谐激光器（3）、第一光耦合器（4）、单模光纤（5）、光纤布拉格光栅（6）、第二光耦合器（7）、宽带介质膜反射镜（8）；

所述可调谐DBR激光器（1）与光衰减器（2）的一端连接，光衰减器（2）的另一端与第一光耦合器（4）的第一端口连接，可调谐激光器（3）与第一光耦合器（4）第二端口连接，第一光耦合器（4）的公共端口依次连接单模光纤（5）、光纤布拉格光栅（6）后与第二光耦合器（7）的公共端口连接，第二光耦合器（7）的第一端口与宽带介质膜反射镜（8）连接，第二端口用于输出放大后的混沌激光；

所述可调谐DBR激光器（1）输出的激光经光衰减器（2）、第一光耦合器（4）进入单模光纤（5）；所述可调谐激光器（3）输出的百瓦量级泵浦光经第一光耦合器（4）后进入单模光纤（5），可调谐激光器（3）、第一光耦合器（4）、单模光纤（5）、光纤布拉格光栅（6）、宽带介质膜反射镜（8）组成随机光纤激光器；所述宽带介质膜反射镜（8）用于将可调谐DBR激光器（1）输出的激光反射回可调谐DBR激光器（1），使其产生混沌激光输出；随机光纤激光器用于对可调谐DBR激光器（1）输出的混沌激光进行随机放大，还用于输出随机激光，所述随机激光部分返回可调谐DBR激光器（1）后对其输出激光进一步扰动；所述光纤布拉格光栅（6）用于对剩余泵浦光进行反射，使其返回单模光纤（5）参与混沌激光放大过程，所述光纤布拉格光栅（6）中心波长与可调谐激光器（3）输出的泵浦光波长相同。

2.根据权利要求1所述的一种大功率可调谐混沌激光光源装置，其特征在于，所述光衰减器（2）为单向衰减器，用于对返回可调谐DBR激光器（1）的光进行衰减。

3.根据权利要求1所述的一种大功率可调谐混沌激光光源装置，其特征在于，所述可调谐激光器（3）比可调谐DBR激光器（1）中心光频率大13THz，且可调谐激光器（3）和可调谐DBR激光器（1）调谐范围均为40nm。

4.根据权利要求1所述的一种大功率可调谐混沌激光光源装置，其特征在于，所述光纤布拉格光栅（6）靠近所述单模光纤（5）的一侧反射率为95%。

5.根据权利要求1所述的一种大功率可调谐混沌激光光源装置，其特征在于，所述单模光纤（5）的长度为15km。

6.根据权利要求1所述的一种大功率可调谐混沌激光光源装置，其特征在于，所述第二光耦合器（7）为1×2光耦合器，其第一端口和第二端口的分光比为20:80。

说明书

一种大功率可调谐混沌激光光源装置

技术领域

[0001] 本发明属于混沌激光领域，具体为一种大功率可调谐混沌激光光源装置。

背景技术

[0002] 混沌激光具有类噪声的宽谱特征，隐蔽性极高，广泛应用于保密通信、高速随机数产生、激光测距、光纤网络故障检测等领域。但是其输出功率一般很小，仅有毫瓦量级，很大
程度上限制了其应用发展。目前，掺铒光纤放大器（EDFA）是最常见的混沌激光放大的装置，
可放大30nm带宽的信号光，输出功率为10mW 20W。但由于受到铒离子增益饱和的影响，很难
~
进一步放大混沌光信号（专利号为CN201720578585.4），且EDFA的放大自发辐射会影响输出
信号光的信噪比。此外，在混沌保密通信中，人们希望混沌载波的中心波长是大范围可调谐
的，然而目前混沌激光的中心波长由于增益大小和带宽的限制只能在很小范围内调节。

[0003] 随机光纤激光器输出功率大、信噪比高、结构简单，可广泛应用于光纤传感、地球与环境科学、医疗与生命科学等领域。基于大功率随机光纤激光器的研究表明，随机光纤激
光器的输出功率已达到百瓦量级。

[0004] 基于此，如果可以将随机激光器应用于混沌激光器领域，实现百瓦量级大功率混沌激光输出，可以大大扩展混沌激光的应用范围。

发明内容

[0005] 本发明克服现有技术存在的不足，所要解决的技术问题为：提供一种大功率可调谐混沌激光光源装置。

[0006] 为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：一种大功率可调谐混沌激光光源装置，包括可调谐DBR激光器、光衰减器、可调谐激光器、第一光耦合器、单模光纤、光纤
布拉格光栅、第二光耦合器、宽带介质膜反射镜；

[0007] 所述可调谐DBR激光器与光衰减器的一端连接，光衰减器的另一端与第一光耦合器的第一端口连接，可调谐激光器与第一光耦合器第二端口连接，第一光耦合器的公共端
口依次连接单模光纤、光纤布拉格光栅后与第二光耦合器的公共端口连接，第二光耦合器
的第一端口与宽带介质膜反射镜连接，第二端口用于输出放大后的混沌激光；

[0008] 所述可调谐DBR激光器输出的激光经光衰减器、第一光耦合器进入单模光纤；所述可调谐激光器输出的百瓦量级泵浦光经第一光耦合器后进入单模光纤，可调谐激光器、第
一光耦合器、单模光纤、光纤布拉格光栅、宽带介质膜反射镜组成随机光纤激光器；所述宽
带介质膜反射镜用于将可调谐DBR激光器输出的激光反射回可调谐DBR激光器，使其产生混
沌激光输出；随机光纤激光器用于对可调谐DBR激光器输出的混沌激光进行随机放大，还用
于输出随机激光，所述随机激光部分返回可调谐DBR激光器后对其输出激光进一步扰动；所
述光纤布拉格光栅用于对剩余泵浦光进行反射，使其返回单模光纤参与混沌激光放大过
程。

[0009] 所述光衰减器为单向衰减器，用于对返回可调谐DBR激光器的光进行衰减。

[0010] 所述可调谐激光器比可调谐DBR激光器中心光频率大13THz，且可调谐激光器和可调谐DBR激光器调谐范围均为40nm。

[0011] 所述光纤布拉格光栅中心波长与可调谐激光器输出的泵浦光波长相同。

[0012] 所述光纤布拉格光栅靠近所述单模光纤的一侧反射率为95%。

[0013] 所述单模光纤的长度为15km。

[0014] 所述第二光耦合器为1×2光耦合器，其第一端口和第二端口的分光比为20:80。

[0015] 本发明与现有技术相比具有以下有益效果：

[0016] 1、本发明采用了半开腔可调谐随机光纤激光器结构，将可调谐DBR激光器输出的混沌激光注入可调谐激光器提供泵浦光源的随机激光器中，利用随机激光器输出功率高的
特点，通过随机激光器对混沌激光进行有效光放大，得到百瓦量级可调谐混沌光源。

[0017] 2.本发明相比EDFA，不受铒离子增益饱和影响，可极大提高信噪比，同时可提高泵浦光转换效率。

[0018] 3.本发明采用宽带介质膜反射镜形成半开腔可调谐随机光纤激光器结构，通过在随机激光器的输出端设置宽带介质膜反射镜，不仅可显著降低阈值，提高光的利用率，同时
作为混沌产生的反馈腔，进一步增加混沌激光的波长调谐范围，最终本发明的结构增益带
宽满足混沌激光的可调谐范围40nm。

[0019] 综上所述，本发明提供一种大功率可调谐混沌激光光源装置，可实现百瓦量级大功率，可调谐范围大，时域稳定性好，具有良好的光束质量。

附图说明

[0020] 图1为本发明实施例提供的一种大功率可调谐混沌激光光源装置的结构示意图。

[0021] 图中：1‑可调谐DBR激光器、2‑光衰减器、3‑可调谐激光器、4‑第一光耦合器、5‑单模光纤、6‑光纤布拉格光栅、7‑第二光耦合器、8‑宽带介质膜反射镜。

具体实施方式

[0022] 为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不
是全部的实施例；基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前
提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

[0023] 如图1所示，本发明实施例提供了一种大功率可调谐混沌激光光源装置，包括可调谐DBR激光器1、光衰减器2、可调谐激光器3、第一光耦合器4、单模光纤5、光纤布拉格光栅6、
第二光耦合器7、宽带介质膜反射镜8；所述可调谐DBR激光器1与光衰减器2的一端连接，光
衰减器2的另一端与第一光耦合器4的第一端口连接，可调谐激光器3与第一光耦合器4第二
端口连接，第一光耦合器4的公共端口依次连接单模光纤5、光纤布拉格光栅6后与第二光耦
合器7的公共端口连接，第二光耦合器7的第一端口与宽带介质膜反射镜8连接，第二端口用
于输出放大后的混沌激光。

[0024] 本实施例中，所述可调谐DBR激光器1输出的激光经光衰减器2、第一光耦合器4进入单模光纤5，所述可调谐激光器3输出的百瓦量级泵浦光经第一光耦合器4后进入单模光
纤5，可调谐激光器3、第一光耦合器4、单模光纤5、光纤布拉格光栅6、宽带介质膜反射镜8组
成随机光纤激光器；所述宽带介质膜反射镜8用于将可调谐DBR激光器1输出的激光反射回
可调谐DBR激光器1，使其产生可调谐混沌激光输出，此外，随机光纤激光器中产生的随机激
光也通过第一光耦合器4、光衰减器2后返回可调谐DBR激光器1，对其产生混沌扰动；所述光
纤布拉格光栅6用于对剩余泵浦光进行反射，使其返回单模光纤5参与混沌激光放大过程。

[0025] 具体地，本实施例中，所述光衰减器2为单向衰减器，用于对返回可调谐DBR激光器1的光进行衰减。

[0026] 具体地，本实施例中，所述可调谐激光器3比可调谐DBR激光器1中心光频率大13THz，且可调谐激光器3和可调谐DBR激光器1调谐范围均为40nm。

[0027] 具体地，本实施例中，所述光纤布拉格光栅6中心波长与可调谐激光器3输出的泵浦光波长相同。所述光纤布拉格光栅6反射率为95%。所述单模光纤5的长度为15km。

[0028] 具体地，本实施例中，所述第一光耦合器4和第二光耦合器7为1×2光耦合器，第二光耦合器7的第一端口和第二端口的分光比为20:80。

[0029] 具体地，本实施例中，可调谐DBR激光器1中心波长为1550nm，输出功率为毫瓦量级；可调谐激光器3中心波长为1450nm，输出功率为百瓦量级；可调谐激光器3和可调谐DBR
激光器1的波长调谐范围均为40nm，光纤布拉格光栅（6）中心波长为1450nm，最后从第二光
耦合器7的第二端口输出的混沌激光的功率为百瓦量级，中心波长为1550nm，波长调谐范围
为1526 nm  1566 nm。
~

[0030] 根据受激拉曼散射理论，有如下关系式：

[0031]

[0032] 其中，E（ωp，z）, E（ωs，z）分别表示拉曼激光器3输出光的强度（泵浦光强度）和拉曼激光器3输出的泵浦光与种子光的强度之间的差值（即斯托克斯光强度）；ωp，ωs分别表
示泵浦光频率和斯托克斯光频率；np，ns分别表示泵浦光对应的折射率和斯托克斯光对应的
折射率；z表示光纤长度；χ（ωs）表示极化率；λ表示波长；g表示增益；i表示虚数；式子实部
反映相位变化，虚部反映强度变化。 表示介电常数：c表示光速； 表示光波的频率宽
度； 表示光的频率； 表示光波的波长宽度。联立计算式（1）（5），得到：拉曼激光器3
~
中心波长比种子光中心波长小100 nm为最优解。

[0033] 根据光纤中的光传播理论，有：

[0034]

[0035] 其中，P（z）表示沿着光纤光功率的变化；P0表示输入光纤的功率；αp表示输入光纤光功率的衰减；z表示光纤的长度；α表示整个光纤造成的衰减。联立（4）、（6）、（7），结合最后
实现输出大功率（百瓦级）的混沌光，可以计算得到随机激光器中单模光纤的长度：单模光
纤5长的最优解为z=15 km。

[0036] 本发明实施例中，可调谐激光器3、2×1光耦合器4、单模光纤5、光纤布拉格光栅6、宽带介质膜反射镜8组成半开腔可调谐随机光纤激光器，如图1中虚线框所示。半开腔可调
谐随机光纤激光器参与混沌激光产生的动力学过程。具体地，一方面，可调谐DBR激光器1输
出的光经光衰减器2到达半开腔可调谐随机光纤激光器部分，被宽带介质膜反射镜8反射回
可调谐DBR激光器1；另一方面，半开腔可调谐随机光纤激光器产生的部分随机激光从左侧
输出注入可调谐DBR激光器1。因此，这两种过程的光混合扰动可调谐DBR激光器1产生复杂
度更高的可调谐混沌激光。可调谐DBR激光器1产生的可调谐混沌激光经光衰减器2到达半
开腔可调谐随机光纤激光器时，可调谐混沌激光被随机光纤激光器放大至百瓦量级，通过
光耦合器7输出百瓦级可调谐混沌激光。本发明中，可调谐激光器3输出的泵浦光功率在百
瓦量级，因此，经随机激光器的对混沌激光进行放大后，可以从第二光耦合器7的第二端口
输出百瓦量级1526 nm  1566 nm范围内可调谐混沌激光。
~

[0037] 最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依
然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进
行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术
方案的范围。