[发明专利]一种超宽带混沌信号发生器

说明书

技术领域

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。

技术背景

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。

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 PhotonicsTechnology 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)。

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

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。

本发明一种超宽带混沌信号发生器，其特征是由三个带尾纤的半导体激光器通过光环形器组成一个环形结构系统。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。其中半导体激光器称为驱动激光器，半导体激光器称为响应激光器，半导体激光器称为从激光器。驱动激光器的输出光经由光环形器到掺铒光纤放大器，适当放大后由偏振控制器控制其偏振态，经光环形器的端口III注入到响应激光器中，响应激光器的输出光经光环形器的端口IV到掺铒光纤放大器，适当放大后经光纤耦合器的端口V，部分光由偏振控制器控制其偏振态经光环形器的端口VI注入到从激光器中，从激光器的输出经光环形器的端口VII经衰减器，由偏振控制器控制其偏振态由光环形器的端口VIII注入到驱动激光器中，循环往复，最后产生的宽带混沌激光由光耦合器的一端输出。

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

图1是本发明的超宽带混沌信号发生器结构示意图；

图2利用本发明产生的27GHz的宽带混沌信号；

图3利用本发明产生的40GHz的宽带混沌信号。

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

下面作出进一步的详细说明：

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。