專(zhuān)利名稱(chēng)：一種超寬帶混沌信號(hào)發(fā)生器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種寬帶混沌信號(hào)發(fā)生器，具體來(lái)講，是一種利用半導(dǎo)體激光器環(huán)產(chǎn) 生超寬帶混沌激光信號(hào)的裝置，應(yīng)用于光通信、雷達(dá)探測(cè)、激光測(cè)距和保密等領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
半導(dǎo)體激光器在附加擾動(dòng)(光反饋、光注入或光電反饋)下可以產(chǎn)生混沌激 光.基于混沌激光的混沌保密通信、混沌激光雷達(dá)、快速隨機(jī)數(shù)發(fā)生器、相關(guān)混沌光時(shí)域反 射儀和光學(xué)相干層析等眾多應(yīng)用被相繼提出。帶寬是衡量混沌激光質(zhì)量的重要指標(biāo)，它直 接決定著混沌激光在不同領(lǐng)域的應(yīng)用質(zhì)量，例如帶寬決定著混沌保密通信所能隱藏的信 號(hào)速率、混沌激光雷達(dá)和相關(guān)混沌光時(shí)域反射儀的測(cè)量精度、隨機(jī)數(shù)的產(chǎn)生速率等關(guān)鍵技 術(shù)指標(biāo)。由于受限于半導(dǎo)體激光器的弛豫振蕩頻率，傳統(tǒng)的混沌激光的帶寬為僅為GHz量 級(jí)，這將嚴(yán)重限制混沌激光的應(yīng)用。因此，產(chǎn)生超寬帶的混沌激光信號(hào)是目前混沌激光領(lǐng) 域的研究熱點(diǎn)和難點(diǎn)。王安幫等人利用外光注入與光反饋聯(lián)合擾動(dòng)效應(yīng)，使半導(dǎo)體激光器 的帶寬提高到了 16. 7GHz,同時(shí)通過(guò)改變注入光的頻率實(shí)現(xiàn)混沌光信號(hào)的帶寬的調(diào)制(IEEE PhotonicsTechnology Letters, Vol. 20，p. 1663，2008) ；Hiroyuki Someya 等人發(fā)現(xiàn)將 混沌光注入比其光頻率略低的半導(dǎo)體激光器中能夠產(chǎn)生12GHz的寬帶混沌激光(Optics Express, Vol. 17，p. 19536,2009) ；Kristine Ε. Callan等人利用超快脈沖半導(dǎo)體激光器和 光電振蕩環(huán)相結(jié)合產(chǎn)生了 8GHz以上的平坦寬帶混沌(Phys. Rev. Lett. Vol. 104，p. 113901， 2010)。雖然利用目前的現(xiàn)有技術(shù)，可以將半導(dǎo)體激光器輸出的混沌激光帶寬最高可提至 16. 7GHz，但是隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，尤其是全光通信、全光隨機(jī)數(shù)以及高精度遠(yuǎn)距離 定位系統(tǒng)的快速發(fā)展，人們迫切需要更高帶寬的混沌激光。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種超寬帶平坦混沌信號(hào)發(fā)生裝置，實(shí)現(xiàn)帶寬超過(guò) 40GHz (頻譜儀測(cè)量范圍)的平坦寬帶混沌信號(hào)的輸出；本發(fā)明的問(wèn)題在于設(shè)計(jì)頻率失諧匹 配、偏振態(tài)匹配的半導(dǎo)體激光器環(huán)形結(jié)構(gòu)，使三個(gè)激光器在合適的互注入的擾動(dòng)下，產(chǎn)生超 寬帶平坦的混沌激光信號(hào)。本發(fā)明一種超寬帶混沌信號(hào)發(fā)生器，其特征是由三個(gè)帶尾纖的半導(dǎo)體激光器通過(guò) 光環(huán)形器組成一個(gè)環(huán)形結(jié)構(gòu)系統(tǒng)。三個(gè)半導(dǎo)體激光器的輸出都經(jīng)由光環(huán)形器注入到下一個(gè) 激光器之中。其中半導(dǎo)體激光器稱(chēng)為驅(qū)動(dòng)激光器，半導(dǎo)體激光器稱(chēng)為響應(yīng)激光器，半導(dǎo)體激 光器稱(chēng)為從激光器。驅(qū)動(dòng)激光器的輸出光經(jīng)由光環(huán)形器到摻鉺光纖放大器，適當(dāng)放大后由 偏振控制器控制其偏振態(tài)，經(jīng)光環(huán)形器的端口 III注入到響應(yīng)激光器中，響應(yīng)激光器的輸 出光經(jīng)光環(huán)形器的端口 IV到摻鉺光纖放大器，適當(dāng)放大后經(jīng)光纖耦合器的端口 V，部分光 由偏振控制器控制其偏振態(tài)經(jīng)光環(huán)形器的端口 VI注入到從激光器中，從激光器的輸出經(jīng)光環(huán)形器的端口 VII經(jīng)衰減器，由偏振控制器控制其偏振態(tài)由光環(huán)形器的端口 VIII注入到 驅(qū)動(dòng)激光器中，循環(huán)往復(fù)，最后產(chǎn)生的寬帶混沌激光由光耦合器的一端輸出。本發(fā)明提供的一種超寬帶混沌信號(hào)發(fā)生裝置，該裝置可以實(shí)現(xiàn)帶寬超過(guò)40GHz、頻 譜平坦度小于5dB的超寬帶混沌信號(hào)，是目前實(shí)驗(yàn)產(chǎn)生的帶寬最寬的混沌信號(hào)。利用本發(fā) 明產(chǎn)生的超寬帶混沌激光信號(hào)，可以將光通信的傳輸速率提高至40GHz，而激光測(cè)距的分辨 率將提高至mm數(shù)量級(jí)，隨機(jī)數(shù)速率達(dá)到20GHz。


圖1是本發(fā)明的超寬帶混沌信號(hào)發(fā)生器結(jié)構(gòu)示意圖；圖2利用本發(fā)明產(chǎn)生的27GHz的寬帶混沌信號(hào)；圖3利用本發(fā)明產(chǎn)生的40GHz的寬帶混沌信號(hào)。圖1中1 驅(qū)動(dòng)激光器；2 響應(yīng)激光器；3 從激光器；4 光環(huán)形器；5 摻鉺光纖放 大器；6 偏振控制器；7 光環(huán)形器；8 摻鉺光纖放大器；9 光纖耦合器；10 偏振控制器； 11 光環(huán)形器；12 衰減器；13 偏振控制器。
具體實(shí)施例方式下面作出進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明如圖1所示，本發(fā)明包括驅(qū)動(dòng)激光器1、響應(yīng)激光器2、從激光器3，光環(huán)形器4，摻 鉺光纖放大器5、偏振控制器5、光纖耦合器9以及衰減器12構(gòu)成。其中，驅(qū)動(dòng)激光器1、響 應(yīng)激光器2和從激光器3均為DFB半導(dǎo)體激光器。實(shí)施本發(fā)明所述的一種超寬帶平坦混沌信號(hào)發(fā)生裝置，是將驅(qū)動(dòng)激光器1的輸出 光經(jīng)由光環(huán)形器4到摻鉺光纖放大器5，適當(dāng)放大后由偏振控制器6控制其偏振態(tài)，經(jīng)光環(huán) 形器7的端口 III注入到響應(yīng)激光器2，由于拍頻的作用，會(huì)產(chǎn)生中心頻率高于20GHz且寬 度約為2GHz的振蕩，且振蕩的中心頻率總是和兩個(gè)激光器的頻率失諧相同；該混沌信號(hào)經(jīng) 摻鉺光纖放大器8、光纖耦合器9、偏振控制器10以及光環(huán)形器11注入從激光器3中，由于 從激光器3與驅(qū)動(dòng)激光器1的頻率失諧較小，從激光器3注入到驅(qū)動(dòng)激光器1的光會(huì)使驅(qū) 動(dòng)激光器1的馳豫振蕩增強(qiáng)，馳豫振蕩的中心頻率約為5GHz，寬度約為7GHz。激光器間的 頻率失諧(Avlj = V1-VjjJ = 2,3)通過(guò)調(diào)整半導(dǎo)體激光器的工作溫度來(lái)實(shí)現(xiàn)。由于利用頻 率失諧產(chǎn)生高頻振蕩需要較強(qiáng)的偏振光，故相應(yīng)激光器2和從激光器3的注入光都需用摻 鉺光纖放大器進(jìn)行放大，并用偏振控制器產(chǎn)生偏振光。在完整的半導(dǎo)體激光器環(huán)形成后，前 一個(gè)激光器已有的振蕩成分會(huì)使后一個(gè)激光器的振蕩在相同頻率處得以增強(qiáng)。這樣，不同 頻率的振蕩信號(hào)就會(huì)在激光器環(huán)中不斷循環(huán)并得以增強(qiáng)，最終產(chǎn)生平坦的寬帶混沌信號(hào)， 從由光耦合器9的一端輸出。上述寬帶混沌信號(hào)發(fā)生器是三個(gè)半導(dǎo)體激光器的輸出都經(jīng)由光環(huán)形器注入到下 一個(gè)激光器之中.注入光的偏振態(tài)都由偏振控制器控制.注入到相應(yīng)激光器2和從激光 器3的光功率都分別由摻鉺光纖放大器控制，而注入到驅(qū)動(dòng)激光器1的光強(qiáng)度由衰減器12 來(lái)控制.響應(yīng)激光器2和從激光器3相對(duì)于驅(qū)動(dòng)激光器1的頻率失諧(Δ Vlj = V1-Vj, j = 2,3)通過(guò)調(diào)整半導(dǎo)體激光器的工作溫度來(lái)實(shí)現(xiàn)，最后產(chǎn)生的寬帶混沌信號(hào)由光纖耦合器9 的一端輸出，當(dāng)驅(qū)動(dòng)激光器1的波長(zhǎng)為1554. 082nm, Av12 = 25. 3 26GHz ；OGHz > Av13
4> -4GHz時(shí)，利用本發(fā)明的光環(huán)形器7實(shí)現(xiàn)了帶寬為27GHz的超寬帶混沌信號(hào)的輸出，實(shí) 驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)附圖2 ；當(dāng)驅(qū)動(dòng)激光器1的波長(zhǎng)為1554. 082nm, Av12 = 33. 0 36. OGHz ；OGHz > Av13 > -6GHz時(shí)，利用本發(fā)明的光環(huán)形器7實(shí)現(xiàn)了帶寬為40GHz的超寬帶混沌信號(hào)的輸出， 實(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)附圖3。附圖2和附圖3表明利用本發(fā)明提出的一種超寬帶平坦混沌信號(hào)發(fā) 生裝置，可以產(chǎn)生平坦度小于5dB的超寬帶混沌激光信號(hào)，最大帶寬為40GHz或者更高。
權(quán)利要求
一種超寬帶混沌信號(hào)發(fā)生器，其所述發(fā)生器是由驅(qū)動(dòng)激光器(1)、響應(yīng)激光器(2)和從激光器(3)通過(guò)光環(huán)形器(4)構(gòu)成一個(gè)環(huán)形結(jié)構(gòu)系統(tǒng)；驅(qū)動(dòng)激光器(1)、響應(yīng)激光器(2)和從激光器(3)的輸出經(jīng)由光環(huán)形器(4)注入到下一個(gè)激光器，其中所述驅(qū)動(dòng)激光器(1)的輸出光經(jīng)由光環(huán)形器(4)到摻鉺光纖放大器(5)，放大后由偏振控制器(6)控制其偏振態(tài)，經(jīng)光環(huán)形器(7)的端口III注入到響應(yīng)激光器(2)，響應(yīng)激光器(2)的輸出光經(jīng)光環(huán)形器(7)的端口IV到摻鉺光纖放大器(8)，放大后經(jīng)光纖耦合器(9)的端口V，部分光由偏振控制器(10)控制其偏振態(tài)經(jīng)光環(huán)形器(11)的端口VI注入到從激光器(3)中，從激光器(3)的輸出經(jīng)光環(huán)形器(11)的端口VII經(jīng)衰減器(12)，由偏振控制器(13)控制其偏振態(tài)由光環(huán)形器(4)的端口VIII注入到驅(qū)動(dòng)激光器(1)，循環(huán)往復(fù)，產(chǎn)生寬帶混沌激光由光耦合器(9)一端輸出。
全文摘要
一種超寬帶混沌信號(hào)發(fā)生器，是由驅(qū)動(dòng)激光器、響應(yīng)激光器、從激光器和光環(huán)形器構(gòu)成環(huán)形結(jié)構(gòu)系統(tǒng)，三個(gè)激光器的輸出經(jīng)由光環(huán)形器注入到下一個(gè)激光器中，驅(qū)動(dòng)激光器的輸出光經(jīng)由光環(huán)形器到摻鉺光纖放大器，放大后由偏振控制器控制其偏振態(tài)，經(jīng)光環(huán)形器的端口注入響應(yīng)激光器，響應(yīng)激光器的輸出光經(jīng)光環(huán)形器端口到摻鉺光纖放大器，放大后經(jīng)光纖耦合器的端口，部分光由偏振控制器控制其偏振態(tài)經(jīng)光環(huán)形器的端口注入從激光器，從激光器的輸出經(jīng)光環(huán)形器的端口經(jīng)衰減器，由偏振控制器控制其偏振態(tài)由光環(huán)形器的端口注入到驅(qū)動(dòng)激光器，循環(huán)往復(fù)，最后產(chǎn)生寬帶混沌激光由光耦合器一端輸出。
文檔編號(hào)H01S5/40GK101977065SQ20101050894
公開(kāi)日2011年2月16日 申請(qǐng)日期2010年10月13日 優(yōu)先權(quán)日2010年10月13日
發(fā)明者馮野, 李曉春, 武媛, 王云才, 王安幫 申請(qǐng)人:太原理工大學(xué)