[发明专利]基于非对称双路光反馈的宽带混沌激光产生装置及方法

说明书

本发明属于混沌激光技术领域，公开了一种基于非对称双路光反馈的宽带混沌激光产生装置及方法，该装置及方法为：半导体激光器输出的激光经第一分束器分为两束后分别作为输出光和反馈光，反馈光经第二分束器分为两束，其中第一反馈光依次经第一衰减控制器、第一偏振控制器后入射到合束器，第二反馈光依次经可调谐光带通滤波器、第二衰减控制器、第二偏振控制器后入射到合束器，经合束器后的两束光合并到一起，并反馈回半导体激光器。本发明利用激光器主模式和滤波模式之间的拍频效应增强混沌激光的带宽，最终产生标准带宽为36.1 GHz、频谱平坦度为5.8 dB的宽带混沌激光，适用于通信、传感、信息安全等领域。

技术领域

本发明属于混沌激光技术领域，具体是一种基于非对称双路光反馈的宽带混沌激光产生装置及方法，适用于光通信、传感、信息安全等领域。

背景技术

由于具有宽频谱、类噪声的特性，混沌激光已广泛应用于保密通信、随机数产生、光纤传感和人工智能等领域。目前，利用半导体激光器产生混沌激光的方式包括光反馈、光注入和光电反馈。然而，由于激光输出的能量主要集中在弛豫振荡频率附近，限制了混沌激光的有效带宽和低频成分能量，使得产生的混沌激光带宽窄、功率谱不均匀，极大地限制了混沌激光的实际应用，比如降低了混沌保密光通信系统中信息的传输速率和随机数的生成速率，影响光纤传感系统的空间分辨率等。

针对以上问题，研究者们提出了各种产生宽带混沌激光的方法，其中，最常见的方法是光注入。已经证明，可以采用单光注入、双光注入、级联光注入和互注入等方法实现混沌激光的带宽增强。然而，上述方案需要对多个参数进行精确调整。在大多数情况下，光注入产生混沌激光的功率谱不平坦，低频成分的能量低，这些都导致混沌激光的利用效率有所降低。此外，光注入方法容易导致主从激光器进入注入锁定的状态。

一些研究者们倾向于采用容易产生混沌激光的新颖光反馈方法来提高带宽。2017年，西南大学的钟祝强等人从滤波反馈的弱谐振腔法布里-珀罗激光二极管中获得了可调谐的宽带混沌信号，带宽可达30.0 GHz，平坦度在10 dB左右(IEEE Photonics TechnologyLetters,2017,29(17):1506-1509）；2019年，Bouchez等人利用相位共轭反馈将混沌带宽提高到18 GHz(Optical Letters,2019,44(4):975-978)；2020年，Chang等人利用受光反馈作用的离散模激光器获得了平坦的宽带混沌激光(Optical Express,2020,28(26):39076-39082)；2019年，电子科技大学江宁等人利用延迟干涉自相位调制反馈实现了带宽为30GHz的宽带混沌激光(Optical Express,2019,27(9):12336-12348)，并于2020年证明了半导体激光器在平行耦合环形谐振器的反馈下也可以产生宽带混沌(Optical Express,2020,28(2):1999-2009)。但以上方案实验装置复杂，且产生的混沌激光带宽有限。

发明内容

本发明旨在解决现有光反馈结构产生的混沌激光带宽窄、频谱不平坦的问题，提出一种基于非对称双路光反馈的宽带混沌激光产生装置及方法，以提高混沌激光的带宽。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：一种基于非对称双路光反馈的宽带混沌激光产生装置，包括半导体激光器、第一分束器、第二分束器，第一衰减控制器、第一偏振控制器、可调谐光带通滤波器、第二衰减控制器、第二偏振控制器和合束器；

所述半导体激光器输出的激光经第一分束器分为两束后分别作为输出光和反馈光，反馈光经第二分束器分为两束，其中第一反馈光依次经第一衰减控制器、第一偏振控制器后入射到合束器，第二反馈光依次经可调谐光带通滤波器、第二衰减控制器、第二偏振控制器后入射到合束器，经合束器后的两束光合并到一起，并反馈回半导体激光器。

所述的一种基于非对称双路光反馈的宽带混沌激光产生装置，还包括光放大器，所述光放大器设置在第一分束器与第二分束器之间，用于将经第一分束器输出的反馈光放大。