一种基于调制半导体激光器级联注入的宽带混沌熵源

技术领域

本发明属于混沌激光通信领域，特别是涉及一种基于调制半导体激光器级联注入的宽带混沌信号产生。

背景技术

混沌激光因其具有类噪声、大幅度振荡、宽频谱等特性在混沌保密通信、高速物理随机数产生、混沌激光雷达以及分布式光纤传感等领域具有重要的应用价值。通过给半导体激光器施加外部扰动可以实现混沌激光产生，常见的外部扰动方式有外腔光反馈、光电反馈、光注入等。

对于外腔反馈半导体激光器，由于激光器外腔的光反馈作用，激光器介质中的载流子与光子相互作用平衡很容易受到干扰，破坏了激光器的稳定性且增加了激光动力学的复杂性从而输出混沌激光。然而，外腔反馈半导体激光器输出的混沌激光因为弛豫振荡占据主要能量导致带宽较窄，通常只有几GHz，不利于混沌激光的使用。光电反馈半导体激光器产生混沌时，需要光电探测器将激光器输出的光信号转换为电信号，并将其反馈给泵浦电流。然而光电反馈产生混沌的带宽往往受到光电探测器和电子元件的限制，导致输出的混沌信号带宽较低，窄带的混沌信号将影响混沌安全通信中的信息传输速率，物理随机数的生成速率以及混沌雷达的分辨率等。

相比之下，光注入或互注入的扰动方式是一种提高混沌带宽的常用手段。然而，现有的基于光注入扰动产生的混沌信号的带宽仍然有限。基于此，为了更为有效的提高混沌带宽，本申请提出一种通过外部信号源对多个单模半导体激光器进行直接调制的方法，结合级联注入结构实现带宽增强的混沌信号产生。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中混沌熵源带宽不足的问题，提出一种基于调制半导体激光器级联注入的宽带混沌熵源实现方法，以产生带宽增强、频谱平坦的宽带混沌信号。

本发明目的可以通过采用如下的技术措施来实现，设计一种基于调制半导体激光器级联注入的宽带混沌熵源结构，其特征在于：

依次序连接的N个直接调制单模半导体激光器和一个光电探测器，其中，所有单模半导体激光器均需要进行直接调制。经过直接调制后的单模半导体激光器输出的光信号在光谱中将产生调制边带，形成模式间隔可控(通过调整直接调制信号的调制频率)的多纵模激光。第二个经过直接调制的单模半导体激光器SL

其中，依次序连接的单模半导体激光器的数量N≥3，以保证逐级级联的直接调制单模激光器之间的相互作用能够在不同波长范围内产生足够多的新频率成分；

其中，每个单模半导体激光器采用正弦信号对其泵浦电流进行直接信号调制，从而产生不同强度、不同模式数、不同模式间隔的多纵模激光。通过调节调制频率和调制深度，可使激光器输出光谱产生多个调制边带，从而使得单模半导体激光器变成多模激光器；改变调制信号的调制频率f

其中，通过调节各个半导体激光器的温度控制器可以改变中心波长和注入强度，进而控制最终混沌的光谱和频谱的特性，例如光谱线宽、频谱带宽与平坦度；

其中，由经直接调制的单模半导体激光器SL

其中，各个激光器所施加的调制频率均不同，相邻两个调制信号的调制频率差值应该小于直接调制后半导体激光器的单个模式的光谱线宽。

与现有技术相比，本发明基于调制半导体激光器级联注入的宽带混沌熵源具有如下特点：

1、本发明利用射频信号发生器为N个单模半导体激光器提供正弦电信号进行直接调制，调制以后的单模半导体激光器输出的激光光谱均会出现调制边带，形成多个激光纵模，且模式间隔以及每个模式的强度可以通过调节调制信号的调制频率与调制深度就而改变，因此多纵模激光的产生易于实现而且便于调节。

2、产生的混沌信号可以通过调整N个单模半导体激光器的温度控制器和偏置电流，进而调节单模半导体激光器的注入频率失谐和注入强度，以控制前一级注入与后一级输出混沌的光谱、频谱特性。

3、级联的直接调制单模半导体激光器的数目可以根据实际应用中对混沌熵源带宽的需求进行定制，各个激光器之间相互作用能够在不同波长范围内激发足够多的新频率成分，输出混沌信号的带宽最高可达几百GHz。

4、相比于传统单模半导体激光器通过光反馈、光电反馈以及光注入等方式产生的混沌，由该方案输出的混沌不仅频谱平坦，带宽高且易于调控。

附图说明

图1为本发明提供的一种基于调制多个半导体激光器级联注入的宽带混沌熵源结构示意图。

图2为本发明提供的一种直接调制多个单模半导体激光器级联注入的光谱示意图。

图3为本发明提供的一种基于调制多个单模半导体激光器级联注入的频谱示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方法对本发明展开进一步的说明，显然，所述的具体实施例绝非对本发明有任何限制。基于本发明中的实践案例，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践例，均可划归为本发明的保护范畴。

参阅图1所示，图1是本发明提出的一种基于调制半导体激光器级联注入的宽带混沌熵源的结构示意图。

依次序连接的N个的单模半导体激光器(SL

]第二个经过调制产生多纵模激光的单模半导体激光器SL

将第二个半导体激光器SL

将SL

相比于现有技术，本发明基于调制半导体激光器级联注入的宽带混沌熵源结构具有如下优势：

1、本发明利用光注入、级联结构和直接调制技术理论上可以生成频谱具有超高带宽的混沌熵源信号，频谱平坦且频率特性复杂；

2、本发明所述的混沌信号的输出特性取决于级联激光器的数目、注入参数(单模半导体激光器的中心和注入强度)、调制参数(调制深度m以及调制频率f

3、本发明产生的宽带混沌信号是由逐级级联的直接调制单模半导体激光器产生多纵模激光中注入后激发的多个不同频率成分的频谱拼接而成，因此理论上可实现频谱带宽达到几百GHz的超宽带混沌信号产生。

上述仅仅为本发明具体实施例的说明性描述，以便于本技术领域的技术人员理解，但并不限制本发明专利所被保护的领域。对于对本发明的技术说明书及其附件中的相关限定，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。