一种基于随机光纤激光器的百瓦级混沌激光源装置

摘要

本发明属于混沌激光技术领域，公开了一种基于随机光纤激光器的百瓦级混沌激光激光源装置，包括DFB激光器、光衰减器、第一光纤布拉格光栅、拉曼激光器、2×1光耦合器、单模光纤和第二光纤布拉格光栅；DFB激光器输出的激光依次经光衰减器、第一光纤布拉格光栅后从×光耦合器的第一输入端进入单模光纤；拉曼激光器用于输出百瓦量级的泵浦光；拉曼激光器输出的泵浦光经2×1光耦合器的第二输入端进入单模光纤，单模光纤的另一端与第二光纤布拉格光栅连接；本发明的混沌激光光源装置可以产生复杂度更高、功率达百瓦级别的的混沌激光。

权利要求

1.一种基于随机光纤激光器的百瓦级混沌激光激光源装置，其特征在于，包括DFB激光器（1）、光衰减器（2）、第一光纤布拉格光栅（3）、拉曼激光器（4）、2×1光耦合器（5）、单模光纤（6）和第二光纤布拉格光栅（7）；

所述DFB激光器（1）输出的激光依次经光衰减器（2）、第一光纤布拉格光栅（3）后从2×1光耦合器（5）的第一输入端进入单模光纤（6）；所述拉曼激光器（4）用于输出百瓦量级的泵浦光；所述拉曼激光器（4）输出的泵浦光经2×1光耦合器（5）的第二输入端进入单模光纤（6），所述单模光纤（6）的另一端与第二光纤布拉格光栅（7）连接；

所述第一光纤布拉格光栅（3）用于将DFB激光器（1）输出的光反射回DFB激光器（1），使其产生混沌激光输出，所述拉曼激光器（4）、2×1光耦合器（5）、单模光纤（6）和第二光纤布拉格光栅（7）组成随机光纤激光器，随机光纤激光器用于在泵浦光的作用下对单模光纤中的混沌激光进行放大，还用于输出随机激光返回注入DFB激光器（1）使其产生扰动混沌；剩余泵浦激光和放大后的混沌激光入射到第二光纤布拉格光栅（7）后，剩余泵浦光被第二光纤布拉格光栅（7）反射回单模光纤（6），放大后的混沌激光经过第二光纤布拉格光栅（7）后输出；

所述第一光纤布拉格光栅（3）中心波长与DFB激光器（1）的中心波长相同，所述第二光纤布拉格光栅（7）的中心波长与拉曼激光器（4）的输出激光波长相同。

2.根据权利要求1所述一种基于随机光纤激光器的百瓦级混沌激光激光源装置，其特征在于，所述光衰减器（2）单向光衰减器，其用于对所述第一光纤布拉格光栅（3）输出的激光进行衰减后输出到所述DFB激光器（1）。

3.根据权利要求1所述一种基于随机光纤激光器的百瓦级混沌激光激光源装置，其特征在于，所述拉曼激光器（1）的中心波长比DFB激光器（1）中心波长小90 110nm，所述单模光~

纤（6）的长度为14 16km。

~

4.根据权利要求1所述一种基于随机光纤激光器的百瓦级混沌激光激光源装置，其特征在于，所述拉曼激光器（1）的中心波长比DFB激光器（1）中心波长小100nm，所述单模光纤（6）的长度为15km。

5.根据权利要求1所述一种基于随机光纤激光器的百瓦级混沌激光激光源装置，其特征在于，所述第一光纤布拉格光栅（3）靠近DFB激光器（1）一侧的反射率为20%；所述第二光纤布拉格光栅（7）靠近单模光纤（6）的一侧的反射率为95%。

6.根据权利要求1所述一种基于随机光纤激光器的百瓦级混沌激光激光源装置，其特征在于，所述DFB激光器（1）中心波长为1550 nm，拉曼激光器（3）的中心波长为1450nm，单模光纤（6）的长为15 km。

说明书

一种基于随机光纤激光器的百瓦级混沌激光源装置

技术领域

[0001] 本发明属于混沌激光技术领域，具体涉及一种基于随机光纤激光器的百瓦级混沌激光激光源装置。

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、激光测距、随机数产生、光纤网络故障检测等方面。但是，其输出功率一般都很小，仅有毫瓦量级，很大
程度上限制了其应用。目前，最常见的用于混沌激光光源放大的装置为掺铒光纤放大器
（EDFA），输出功率为10mW 20W，但由于受到铒离子的增益饱和影响，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的
提高。而随机光纤激光器具有结构简单、信噪比高、输出功率高的优点。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。

[0003] 因此，有必要对现有技术中的混沌激光源装置进行改进，以获得大功率输出的混沌激光光源。

发明内容

[0004] 为了解决现有技术中混沌激光器输出功率较小，限制其应用领域的问题，本发明克服现有技术存在的不足，所要解决的技术问题为：提供一种基于随机光纤激光器的百瓦
级混沌激光源装置。

[0005] 为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：一种基于随机光纤激光器的百瓦级混沌激光激光源装置，包括DFB激光器、光衰减器、第一光纤布拉格光栅、拉曼激光
器、2×1光耦合器、单模光纤和第二光纤布拉格光栅；

[0006] 所述DFB激光器输出的激光依次经光衰减器、第一光纤布拉格光栅后从2×1光耦合器的第一输入端进入单模光纤；所述拉曼激光器用于输出百瓦量级的泵浦光；所述拉曼
激光器输出的泵浦光经2×1光耦合器的第二输入端进入单模光纤，所述单模光纤的另一端
与第二光纤布拉格光栅连接；

[0007] 所述第一光纤布拉格光栅用于将DFB激光器输出的光反射回DFB激光器，使其产生混沌激光输出，所述拉曼激光器、2×1光耦合器、单模光纤和第二光纤布拉格光栅组成随机
光纤激光器，随机光纤激光器用于在泵浦光的作用下对单模光纤中的混沌激光进行放大，
还用于输出随机激光返回注入DFB激光器使其产生扰动混沌；剩余泵浦激光和放大后的混
沌激光入射到第二光纤布拉格光栅后，剩余泵浦光被第二光纤布拉格光栅反射回单模光
纤，放大后的混沌激光经过第二光纤布拉格光栅后输出。

[0008] 所述光衰减器单向光衰减器，其用于对所述第一光纤布拉格光栅输出的激光进行衰减后输出到所述DFB激光器。

[0009] 所述拉曼激光器的中心波长比DFB激光器中心波长小90 110nm，所述单模光纤的~
长度为14 16km。
~

[0010] 所述拉曼激光器的中心波长比DFB激光器中心波长小100nm，所述单模光纤的长度为15km。

[0011] 所述第一光纤布拉格光栅中心波长与DFB激光器的中心波长相同，且靠近DFB激光器一侧的反射率为20%；所述第二光纤布拉格光栅的中心波长与拉曼激光器的输出激光波
长相同，且靠近单模光纤的一侧的反射率为95%。

[0012] 所述DFB激光器中心波长为1550 nm，拉曼激光器的中心波长为1450nm，单模光纤的长为15 km，第二布拉格光纤光栅的中心反射波长为1450nm第二布拉格光纤光栅的中心
反射波长为1450nm。

[0013] 本发明与现有技术相比具有以下有益效果：本发明提供了一种基于随机光纤激光器的百瓦级混沌激光源装置，其基于随机光纤激光器的原理，利用随机光纤激光器输出功
率高的特点，利用随机光纤激光器结构对混沌光进行有效光放大，得到了百瓦量级混沌光
源，相比EDFA，不受铒离子饱和影响，可极大提高信噪比，同时可提高泵浦光转换效率；而
且，本发明中，一方面，DFB激光器输出的光到达虚线框随机光纤激光器部分，部分光被第一
光纤布拉格光栅反射回DFB激光器；另一方面，随机光纤激光器产生的部分随机激光从2×1
光耦合器输出注入DFB激光器。这两种过程的光混合扰动DFB激光器产生复杂度更高的混沌
激光，因此，本发明的混沌激光光源装置可以产生复杂度更高、功率达百瓦级别的的混沌激
光。

附图说明

[0014] 图1为本发明实施例提供的一种基于随机光纤激光器的百瓦级混沌激光激光源装置的结构示意图；

[0015] 图中：1‑DFB激光器、2‑光衰减器、3‑第一光纤布拉格光栅、4‑拉曼激光器、5‑2×1光耦合器、6‑单模光纤、7‑第二光纤布拉格光栅。

具体实施方式

[0016] 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。

[0017] 如图1所示，本发明实施例提供了一种基于随机光纤激光器的百瓦级混沌激光源装置，包括DFB激光器1、光衰减器2、第一光纤布拉格光栅3、拉曼激光器4、2×1光耦合器5、
单模光纤6和第二光纤布拉格光栅7；所述DFB激光器1输出的激光依次经光衰减器2、第一光
纤布拉格光栅3后从2×1光耦合器5的第一输入端进入单模光纤6；所述拉曼激光器4用于输
出百瓦量级的泵浦光；所述拉曼激光器4输出的泵浦光经2×1光耦合器5的第二输入端进入
单模光纤6，所述单模光纤6的另一端与第二光纤布拉格光栅7连接；所述第一光纤布拉格光
栅7用于将DFB激光器1输出的光反射回DFB激光器1，使其产生混沌激光输出，所述拉曼激光
器4、2×1光耦合器5、单模光纤6和第二光纤布拉格光栅7组成随机光纤激光器，用于对单模
光纤中的混沌激光进行放大，此外，随机激光器中产生的随机激光，经第一光纤布拉格光栅
3返回衰减器2后注入DFB激光器对其产生扰动混沌；随机放大剩余的泵浦光和放大后的混
沌激光入射到第二光纤布拉格光栅7后，剩余泵浦光被第二光纤布拉格光栅7反射回单模光
纤6，放大后的混沌激光经过第二光纤布拉格光栅7后输出。

[0018] 具体地，本实施例中，从DFB激光器1输出仅有毫瓦级别的激光经过光衰减器2后入射至所述第一光纤布拉格光栅3和随机光纤激光器中。优选地，所述光衰减器2单向光衰减
器，其用于对从随机光纤激光器输出、经所述第一光纤布拉格光栅3返回所述DFB激光器1的
激光进行衰减，但不会对DFB激光器输出的激光进行衰减，也就是说，图1的虚线框中的随机
光纤激光器产生的部分随机激光也可以通过第一光纤布拉格光栅3和光衰减器2后注入DFB
激光器1，经第一光纤布拉格光栅3反射的光和注入的随机激光混合扰动DFB激光器1，使其
产生复杂度更高的混沌激光。

[0019] 具体地，本实施例中，所述拉曼激光器1的中心波长比DFB激光器1中心波长小90~
110nm，所述单模光纤6的长度为14 16km。优选地，所述拉曼激光器1的中心波长比DFB激光
~
器1中心波长小100nm，所述单模光纤6的长度为15km。

[0020] 进一步地，本实施例中，所述第一光纤布拉格光栅3中心波长与DFB激光器1的中心波长相同，且靠近DFB激光器1一侧的反射率为20%；所述第二光纤布拉格光栅7的中心波长
与拉曼激光器4的输出激光波长相同，且靠近单模光纤6的一侧的反射率为95%。

[0021] 根据受激拉曼散射理论，有如下关系式：

[0022]

[0023] 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1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；

[0024] 根据光纤中的光传播理论，有：

[0025]

[0026] 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），考虑最后
实现输出百瓦级混沌光，计算得到：单模光纤6长为z=15 km。

[0027] 下面为具体实施例：

[0028] DFB激光器1中心波长为1550nm，第一光纤布拉格光栅3中心波长为1550nm，左反射率为20%，拉曼激光器4中心波长为1450nm，单模光纤5长15km，第二光纤布拉格光栅7中心波
长为1450nm，左反射率为95%。

[0029] 一方面，中心波长为1550nm的DFB激光器1输出的光到达虚线框随机光纤激光器部分，其中20%的光被第一光纤布拉格光栅3反射回中心波长为1550nm的DFB激光器1；另一方
面，虚线框中随机光纤激光器产生的部分随机激光从左侧输出注入中心波长为1550nm的
DFB激光器1。因此，这两种过程的光混合扰动中心波长为1550nm的DFB激光器1产生复杂度
更高的混沌激光。中心波长为1550nm的DFB激光器1产生的混沌激光80%通过中心波长为
1550nm的第一光纤布拉格光栅3到达虚线框中的随机光纤激光器时，混沌激光被随机光纤
激光器放大，实现百瓦级混沌激光。

[0030] 综上所述，本发明提供了一种基于随机光纤激光器的百瓦级混沌激光源装置，其基于随机光纤激光器的原理，利用随机光纤激光器输出功率高的特点，利用随机光纤激光
器结构对混沌光进行有效光放大，得到了百瓦量级混沌光源，相比EDFA，不受铒离子饱和影
响，可极大提高信噪比，同时可提高泵浦光转换效率。而且，本发明中，一方面，DFB激光器输
出的光到达虚线框随机光纤激光器部分，部分光被第一光纤布拉格光栅反射回DFB激光器；
另一方面，随机光纤激光器产生的部分随机激光从2×1光耦合器输出注入DFB激光器。这两
种过程的光混合扰动DFB激光器产生复杂度更高的混沌激光，因此，本发明的混沌激光光源
装置可以产生复杂度更高、功率达百瓦级别的的混沌激光。

[0031] 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。