CN117335254A - 一种多路宽带混沌激光熵源产生装置 - Google Patents
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Abstract
本发明属于通信技术领域，具体涉及到一种多路宽带混沌激光熵源产生装置，该方法的实现包括混沌激光器、掺铒光纤放大器、偏振控制器、光纤隔离器、微环谐振腔和波分复用器。其特征是：混沌激光器输出的原始混沌激光经掺铒光纤放大器放大到一定功率后注入微环谐振腔中，在微环谐振腔的环形波导中会发生四波混频、自相位调制、交叉相位调制、受激拉曼散射以及色散的联合作用，然后经微环的下载端输出具有多个梳齿的混沌光频梳。最后，利用波分复用器将混沌光频梳进行解复用后输出多路并行的宽带混沌信号。本发明解决了多路宽带混沌激光熵源难以实现的问题，可应用于保密通信、雷达测距及随机数产生等领域。
Description
技术领域
本发明属于通信技术领域，具体涉及到一种多路宽带混沌激光熵源产生装置。
背景技术
混沌激光具有类噪声和宽频谱的特性，其已被广泛应用于保密通信，雷达测距和随机数产生等诸多领域。外部扰动半导体激光器已被用于产生混沌激光，典型的扰动方式包括光反馈、光注入和光电反馈等。
但是，这些方法存在以下问题：一方面，它们产生的混沌激光只能是单路混沌信号，无法满足多路并行混沌熵源的需求，例如，激光雷达需要多通道测量以实现三维成像；另一方面，由于半导体激光器本身的弛豫振荡影响，上述方法产生的混沌激光频谱不平坦，频谱带宽有限(仅为几个GHz)，限制了混沌激光在实际应用中的性能，例如限制了混沌保密通信的传输速度、物理随机数的产生速率和混沌激光雷达的空间分辨率等。
针对混沌激光带宽受限的问题，研究者们提出了多种方法如级联半导体激光器、自相位调制反馈、光时间透镜、使用特殊激光器等来增强混沌激光的带宽。然而，以上方案虽然可以一定程度的增大带宽，但是其可实现的最大带宽不足40GHz，无法满足当前高速保密通信或高速物理随机数产生的需求，且仅能实现单路宽带混沌信号输出。
多路并行混沌激光是解决以上问题的一种有效方法，研究者们也提出相应的并行混沌激光生成装置。如利用带有相位调制注入的连续波激光器和外腔混沌激光器并行生成两路并行的混沌信号[Opto-Electronic Advances，2022，5(5)，200026]；利用外腔半导体激光器与外部自相位调制并进行三路滤波实现了三路并行的混沌信号产生[Journal ofLightwave Technology，2022，40(3)，751-761]；利用法布里-珀罗激光器进行光反馈结合多路滤波器也实现了多路并行混沌信号产生[Optics Express，2019，27(13)，17859-17867]。然而，上述方式产生的多路并行混沌的输出通道数量有限，无法满足现实应用对多路混沌信号可扩放性的需求。此外，上述方法产生的混沌信号单路带宽也严重不足。
综上所述，同时实现具有并行的、具有可扩放性的宽带混沌产生仍然是一项技术难题。因此，发展一种多路并行的宽带混沌激光产生装置迫在眉睫。
发明内容
本发明的目的在于提供一种多路宽带混沌激光熵源产生装置，以解决现有的多路宽带混沌激光实现方案匮乏或者输出信号不理想的问题。
本发明所提供的一种多路宽带混沌激光熵源产生装置，包括依次连接的混沌激光器、掺铒光纤放大器、偏振控制器、光纤隔离器、微环谐振腔和波分复用器。其中，混沌激光器发出的混沌激光输入至掺铒光纤放大器进行放大；掺铒光纤放大器将原始混沌激光放大到一定功率后，经过偏振控制器调节偏振态，然后经光纤隔离器后注入到微环谐振腔中；放大后的混沌激光在微环谐振腔中发生非线性效应及色散的联合作用，混沌光的光谱发生极大展宽；微环谐振腔的下载端将输出一系列频率间距相等的调制不稳定的混沌光频梳，最终经过波分复用器解复用为n路带宽增强的混沌信号。
本发明所述的一种多路宽带混沌激光熵源产生装置中，混沌激光器产生混沌激光的方式可以是光反馈、光注入或光电反馈结构等。
本发明所述的一种多路宽带混沌激光熵源产生装置中，混沌激光器输出的混沌激光中心波长位于微环谐振腔谐振峰的蓝失谐处，即泵浦波长小于距离其最近的谐振频率对应的波长。
本发明所述的一种多路宽带混沌激光熵源产生装置中，波分复用器的输出信道数量等于混沌光频梳的梳齿数量。
本发明所述的一种多路宽带混沌激光熵源产生装置中，波分复用器的信道带宽应该大于混沌光频梳的单个梳齿线宽。
实现上述本发明所提供的一种多路宽带混沌激光熵源产生装置，其优点和积极效果在于：
1、该技术方案利用混沌源泵浦微环谐振腔实现多路宽带的混沌激光产生，可应用于多通道保密通信、多路物理随机数产生以及多目标雷达探测领域；
2、该技术方案利用光学方法产生宽带混沌信号，相比于原始混沌，最终产生的每路混沌信号频谱带宽可提高一个数量级；
3、该技术方案通过调节掺铒光纤放大器的放大功率或者使用其它非线性系数的微环谐振腔，可以进一步增加或者减少混沌光频梳的梳齿个数，实现多路宽带混沌信号产生的可扩放性。
附图说明
图1为本发明提供的一种多路宽带混沌激光熵源产生装置的结构示意图。
图2为本发明提供的一种多路宽带混沌激光熵源产生装置中微环谐振腔下载端的传输特性曲线图。
图3为本发明提供的一种多路宽带混沌激光熵源产生装置中微环谐振腔下载端输出的混沌光频梳的典型光谱图。
图4为测得的原始混沌频谱图以及将混沌光频梳的光谱滤出单个梳齿后的宽带混沌典型频谱图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的技术措施进行详细描述，以使本领域的技术人员对本发明的目的、优势以及技术措施有更加清晰的认识。基于本发明中的实施案例，本专业其他技术人员在没有进行过创造性劳动的情况下所取得的任何其他的实施例，均可划归为本发明的保护范畴。
本发明所提供的一种多路宽带混沌激光熵源产生装置，包括混沌激光器1、掺铒光纤放大器2、偏振控制器3、光纤隔离器4、微环谐振腔5和波分复用器6。其中，混沌激光器1发出的混沌激光输入至掺铒光纤放大器2进行放大；掺铒光纤放大器2将原始混沌激光放大到一定功率后，经过偏振控制器3调节偏振态，然后经光纤隔离器4后注入到微环谐振腔5中。放大后的混沌激光在微环谐振腔5中发生非线性效应及色散的联合作用，混沌光的光谱发生极大展宽。微环谐振腔5的下载端口将输出一系列频率间距相等的调制不稳定的混沌光频梳，最终经过波分复用器6解复用为n路带宽增强的混沌信号。
具体实施时，如附图1所示的混沌激光器1输出中心波长为980nm，功率为0.5mW的激光后输入掺铒光纤放大器2，掺铒光纤放大器2将原始混沌激光信号放大到500mW，放大后的信号经偏振控制器3调节偏振态后经光纤隔离器4注入微环谐振腔5。实施例中采用的微环谐振腔5的谐振线宽为0.3nm(如图2)，非线性系数为800W-1km-1，距离泵浦光最近的一个谐振波长为980.03nm。原始混沌光从输入端耦合进入微环谐振腔5的环形波导后首先由于调制不稳定作用导致混沌时序中的每个脉冲宽度被压缩变窄，并***为多个短脉冲。每个短脉冲受到自相位调制、脉冲内拉曼散射和高阶色散作用进一步***为多个基阶孤子，同时孤子自频移动和孤子碰撞作用使得大于泵浦波长一侧的光谱发生展宽。基阶光孤子将一部分能量耦合到短波长处形成色散波，并与色散波发生交叉相位调制，使得光谱中小于泵浦波长范围内的光谱展宽，上述非线性效应与色散的联合作用使得混沌光谱产生了许多新的光频成分，光谱发生极大展宽，经微环谐振腔5的下载端口输出后，最终输出信号的光谱将呈现为一系列频率间距相等的梳齿，如图3所示。图中每个峰代表混沌光频梳的梳齿，每个梳齿的线宽等于微环谐振腔5的谐振线宽0.3nm，0模代表泵浦光波长对应的梳齿，其两侧对称分布着m个梳齿，m的值可达100以上。然后，利用信道带宽0.3nm，信道数量为n的波分复用器6将产生的混沌光频梳解复用为n路宽带混沌信号，这里n＝2m+1，即n的值即为混沌光频梳的梳齿数目。最终测得的单路宽带混沌信号的频谱结果如图4所示。图中，黑色曲线为最终输出的单路宽带混沌信号频谱，灰色曲线为混沌激光器输出的原始混沌激光频谱，可以看出，最终得到的混沌频谱相比于原始混沌频谱，-3dB带宽增加到50GHz。
需要特别指出的是，本发明利用混沌源泵浦微环谐振腔5，最终不仅使得混沌带宽得到极大增强，而且可以产生上百路的宽带混沌信号，充分满足了多通道保密通信、多通道物理随机数产生以及多目标雷达探测等的使用需求。此外，通过提高掺铒光纤放大器2的放大功率或者使用非线性系数更高的微环谐振腔5，可以进一步增加混沌光频梳的梳齿个数，从而实现更多路的宽带混沌激光产生。
上述说明仅仅为本发明技术措施的详尽描述，以便于本领域的技术人员理解，但绝非对本发明的保护范围有所限制，对于本技术领域的技术人员而言，以各种等效形式或等效方法进行直接或间接地运用于其他相关科学技术方面，同样属于对本发明的专利保护范畴。
Claims (5)
1.一种多路宽带混沌激光熵源产生装置，包括依次连接的混沌激光器、掺铒光纤放大器、偏振控制器、光纤隔离器、微环谐振腔和波分复用器；其中，混沌激光器发出的混沌激光输入至掺铒光纤放大器进行放大；掺铒光纤放大器将原始混沌激光放大到一定功率后，经过偏振控制器调节偏振态，然后经光纤隔离器后注入到微环谐振腔中；放大后的混沌激光在微环谐振腔中会发生一系列的非线性效应及色散的联合作用，导致混沌光的光谱发生极大展宽；微环谐振腔的下载端将输出一系列频率间距相等的调制不稳定的混沌光频梳，最终经过波分复用器解复用为n路带宽增强的混沌信号。
2.由权利要求1所述的一种多路宽带混沌激光熵源产生装置，其特征在于：混沌激光器产生混沌激光的方式可以是光反馈、光注入或光电反馈结构等。
3.由权利要求1所述的一种多路宽带混沌激光熵源产生装置，其特征在于：混沌激光器输出的混沌激光中心波长位于微环谐振腔谐振峰的蓝失谐处，即泵浦波长小于距离其最近的谐振频率对应的波长。
4.由权利要求1所述的一种多路宽带混沌激光熵源产生装置，其特征在于：波分复用器的输出信道数量等于混沌光频梳的梳齿数量。
5.由权利要求1所述的一种多路宽带混沌激光熵源产生装置，其特征在于：波分复用器的信道带宽应该大于混沌光频梳的单个梳齿线宽。
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| CN202310582841.7A CN117335254A (zh) | 2023-05-22 | 2023-05-22 | 一种多路宽带混沌激光熵源产生装置 |
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Cited By (1)
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|---|---|---|---|---|
| CN117896010A (zh) * | 2024-03-14 | 2024-04-16 | 华中科技大学 | 一种光学波长组播装置和*** |
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2023
- 2023-05-22 CN CN202310582841.7A patent/CN117335254A/zh active Pending
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