自混沌光相位调制光反馈半导体激光器输出光的混沌特性

混沌光的延时特征(time delay signature, TDS)和带宽是影响混沌激光应用的两个重要参量,常用来表征混沌光的混沌特性.将具有外腔光反馈的半导体激光器(semiconductor laser, SL)作为主激光器,以具有自混沌光相位调制光反馈的SL作为从激光器,并将主激光器输出的混沌光双路注入到从激光器中,构成具有外光双路注入的自混沌光相位调制光反馈的半导体激光器系统.数值研究了外光注入系数和反馈系数等参数对系统输出光TDS的影响,然后将此系统对TDS的抑制效果和具有外光双路注入的光反馈半导体激光器以及具有外光单路注入的自混沌光相位调制光反馈半导体激光器进行对比和分析,从而阐明了本文所提出的方案对TDS的抑制效果较好.在TDS被有效抑制的参数条件下,研究了混沌光的带宽,结果表明:本文提出的方案可以有效提高系统输出混沌光的带宽,获得混沌光的3 dB带宽的最大值约为16 GHz.     

外腔延时反馈半导体激光器混沌偏振可调控制方法研究

提出外腔延时反馈半导体激光器混沌偏振可调控制方法,分别建立了垂直正交偏振延时双反馈、同偏振面方向延时双反馈以及任意可调偏振延时双反馈激光动力学物理模型. 通过调节激光器外腔光路中的平面镜和光衰减器可控制一平面偏振反馈光的延时时间及光反馈量,或调节一偏振反馈光的偏振面到另一个偏振反馈光的偏振面方向上或者到任意偏振方向都可进行激光混沌控制. 数值结果证明该方法可以控制激光混沌到单周期态、多周期态等,还发现该控制可使激光器同时呈现偏振周期振荡、偏振反周期振荡、稳定三种动力学行为等. 关键词： 混沌 控制 激光器 偏振     

半导体激光器混沌输出的延时特征和带宽

外腔延时特征和带宽是影响混沌激光应用的两个重要参量.本文将一个单路光反馈的半导体激光器输出的激光部分地注入到另一个双路滤波光反馈的半导体激光器中,从而构成一个具有外光注入的双路滤波光反馈半导体激光器系统,即主从激光器系统,用于抑制混沌激光的延时特征并研究其带宽.数值研究了外光注入系数、反馈强度、抽运因子和滤波器带宽对系统输出混沌激光的延时特征的影响,然后将该系统对延时特征的抑制效果和具有外光注入的单路光反馈半导体激光器系统、具有外光注入的双路光反馈半导体激光器系统、具有外光注入的单路滤波光反馈半导体激光器系统以及无光注入双路滤波光反馈半导体激光器系统进行对比和分析,结果表明本文提出的方案对延时特征的抑制效果最好.然后在本文提出的具有外光注入的双路滤波光反馈半导体激光器系统中,延时特征被有效抑制的参数条件下研究系统输出混沌激光的带宽,结果表明,通过适当选择参数的取值,本文提出的方案可以提高系统输出混沌激光的带宽.     

半导体激光器输出混沌光的延时特性和带宽

提出一个新的方案用于抑制半导体激光器输出混沌光的延时特性并研究其带宽.在该方案中,将由伪随机信号驱动的相位调制器加到具有双路光反馈的半导体激光器的两个反馈腔中,从而构成具有双路相位调制光反馈的分布反馈半导体激光器系统.数值研究了延迟时间和反馈系数等参数对该系统输出混沌光的延时特性的影响,用自相关函数曲线中的延时特征峰的最大值表示延时特性.然后将该系统对延时特性的抑制效果和具有双路光反馈的分布反馈半导体激光器系统以及具有单路相位调制光反馈的分布反馈半导体激光器系统进行比较,结果表明本文所提出方案的抑制效果最好.进而基于能有效抑制延时特性的参数条件研究了具有双路相位调制光反馈的分布反馈半导体激光器输出混沌光的带宽,结果表明,抽运因子的增大和反馈系数的增加都能使系统输出混沌光的带宽变大.     

延时反馈半导体激光器双劈控制混沌方法研究

提出延时反馈半导体激光器双劈控制混沌方法,建立有劈控制的激光动力学物理模型.通过调节激光器外腔光路中的光器件劈去控制反馈光光程,改变了反馈光的延时时间和反馈强度,在物理上实现了延时时间和反馈强度的双参数混沌控制.数值结果证明该方法可以控制激光混沌到周期态,能使激光器输出光脉冲平均功率增加. 关键词： 混沌 控制 劈 双参数     

半导体光放大光纤环形激光器的偏振混沌与相干性

研究了基于半导体光放大器(SOA)的光纤环形激光器的偏振混沌光的特性及其相干性。实验采集激光器的输出功率和偏振度,得到了基于半导体光放大器的光纤环形激光器的输出从自发辐射到受激辐射、再到偏振态混沌激光辐射的演化过程。利用马赫-曾德尔(M-Z)干涉仪验证了混沌激光的相干性,并发现混沌干涉只有零级。测量不同光程差时干涉仪的输出功率,计算相应的干涉条纹可见度,进一步算得混沌激光的相干时间约为40 ps。这一结果与根据光谱计算的该混沌激光的相干时间43 ps基本一致。实验还测得该混沌激光的相干性与半导体光放大器的电流无关。并指出了混沌激光相干应用于低相干光源探测领域的灵敏度和分辨力优势。     

双路混沌光注入的相位调制光反馈半导体激光器的混沌特性

混沌光的延时特征（TDS）和带宽（BW）是影响混沌激光应用的两个重要参量,常用来表征混沌光的混沌特性。将具有外腔光反馈的半导体激光器（SL）作为主激光器,将具有相位调制光反馈的SL作为从激光器,并将主激光器输出的混沌光单向双路注入到从激光器中,构成具有外光单向双路注入的相位调制光反馈的SL系统。数值研究了外光注入系数和反馈系数等参数对系统输出混沌光TDS的影响,进而在TDS被有效抑制的参数条件下,对系统输出混沌光的带宽进行了研究。结果表明,用该方案和通过对参数值区间的适当选取可以有效地抑制混沌激光的TDS,并且混沌激光的3 dB带宽最大约为20 GHz。     

光电负反馈下1550nm垂直腔表面发射激光器的动力学特性

基于激光输出的时间序列、功率谱以及相图,对1 550 nm垂直腔表面发射激光器(1 550 nmVCSELs)在光电负反馈作用下的动力学特性进行了研究.结果表明:固定偏置电流,在不同反馈强度下,光电负反馈1 550 nm VCSEL可呈现规则脉冲态、准周期态、混沌脉冲态等非线性动力学态;固定反馈强度,偏置电流取不同值时.1 550 nm-VCSEL也可呈现脉冲态、准周期态、混沌脉冲态等不同的非线性动力学状态.给出了1 550 nm VCSEL非线性动力学状态在偏置电流和反馈强度构成的参量空间分布.分析了激光器的动态演化路径,结果表明:在较小偏置电流和弱光电反馈下,激光器主要工作在稳态:随着偏置电流增加,激光器输出的动力学态通常随反馈强度的增加以规则脉冲态-准周期态-规则脉冲态的方式循环演化到混沌脉冲态;当偏置电流增加到一定值后,激光器输出的动力学态随反馈强度的增加主要以规则脉冲态准周期态混沌脉冲态的方式循环演化.     

单片集成放大反馈激光器的脉冲包络动力学实验研究

实验研究了由分布反馈激光器区(DFB区)、相位控制区(P区)以及放大反馈区(A区)所构成的三段式单片集成放大反馈激光器(AFL)所产生的脉冲包络(PPs)的动力学特征,并分析了P区电流I_P和A区电流I_A对PPs的重复频率νPP以及包络规则性的影响.研究结果表明:DFB区电流IDFB相对较大时,AFL存在两个模式,此时通过选取合适的I_P和I_A可使AFL工作在PPs动力学状态;对于一给定的I_P,I_A在两个分离区域内可使AFL呈现PPs状态.随着I_A的增加,在I_A相对较小的区域,AFL输出PPs的重复频率νPP以及表征PPs规则性的时间序列自相关函数的次最大值σ均呈现单调下降趋势.而在I_A相对较大的区域,νPP呈现出先减小然后小幅波动的变化趋势,而σ则总体呈现先增加后减小的趋势;对于一给定的I_A,I_P的变化也会对AFL输出PPs的特性产生显著影响,在AFL呈现PPs状态所要求的I_P的变化范围内,随着I_P的增加,νPP呈现出先减小后增大而σ则呈现先增加后减小的变化趋势.通过观测I_A,I_P连续变化时AFL的动力学特性,确定了AFL呈现PPs在I_A和I_P构成的参量空间的分布图谱.     

双环掺铒光纤激光器混沌控制产生周期脉冲及多周期现象研究

研究了双环掺铒光纤激光器混沌控制产生周期脉冲以及多周期现象,并提出了光调制器调制泵浦控制、外部光注入控制、光衰减器控制、光延时时间控制器控制以及相位控制器控制和连续键控反馈光等多种双环掺铒光纤激光器的混沌控制方法.结果表明:用光调制器调制泵浦光能控制激光到周期态及多周期态;用外部光注入能控制激光到单周期态、双周期态、三周期态、四周期态、五周期态以及多种高周期态等,能形成多种形式相空间图样,产生双环掺铒光纤激光器独特的激光单锁模拟和双锁模拟现象;用外部光路反馈控制时,在负反馈条件下,用时间控制器控制反馈光的延时时间能控制激光到不同的周期态和双周期态,用光衰减器控制光的强度能控制激光到稳定态及周期态,用相位调制器控制反馈光的相位进行负反馈和正反馈转换时能有效地控制激光进入到稳定态及周期态;连续键控反馈光相位能控制激光到多周期态等.整个控制系统能动态、有效地控制产生周期光脉冲以及多种新颖的多周期态等.     

用半导体环形激光器产生混沌信号

提出了一种由一个分布式反馈激光器为主激光器和一个半导体环形激光器为从激光器组成的主从式激光混沌系统方案,主激光器产生的光单向注入到从激光器中,通过调整注入系数、主从激光器的失谐频率和从激光器的偏置电流,使从激光器工作在混沌状态,输出混沌信号。从基于光注入条件下的环形激光器的速率方程组入手,数值模拟了主从激光器的失谐频率、注入系数和从激光器的偏置电流3个工作参量对从激光器输出动态的影响。研究表明:外光注入条件下,半导体环形激光器可以产生混沌信号。通过分析得出:当失谐频率为3.9 GHz、注入系数为0.07、偏置电流为81 mA时,环形激光器可以产生功率谱平坦、带宽较宽的高质量混沌信号。     

平坦宽带混沌激光的产生及同步

利用光纤环长外腔光反馈半导体激光器产生了频谱平坦的宽带混沌激光,其对应的激光频谱可有效地隐藏外腔的谐振频率,增加了系统的保密性.通过单向耦合方式,将产生的混沌激光注入到另一个参数相近的半导体激光器中,实现了平坦宽带混沌同步输出,两同步激光器输出的相关系数达到084.同时实验研究了注入强度和主从激光器的频率失谐对同步质量的影响,结果表明在强光注入锁定下,在很大频率失谐范围内均可实现同步,而且注入强度越大,主从激光器输出的相关系数越大,维持混沌同步所允许的频率失谐范围越大. 关键词： 混沌同步 单向光纤环 光反馈 半导体激光器     

双环掺铒光纤激光器混沌耦合反馈相移控制

提出双环单模掺铒光纤激光器激光混沌耦合反馈相移控制方法和物理模型,利用耦合器将系统的输出量反馈到系统中,选取适当的反馈系数,并在反馈通道上加入相移控制器PC控制反馈光的相移,通过对反馈系数和反馈光相移的控制,实时、动态、有效地控制激光混沌到稳定态和周期态;分析了系统输出状态随着控制参数变化的演化规律,控制参数的变化可以使得系统的输出产生丰富的有一定规律性的激光动力学现象;讨论了混沌被控制到单周期态时系统输出的振荡周期的变化规律与控制量的关系。     

利用频谱仪提取双反馈混沌半导体激光器的外腔长度密钥

光反馈半导体激光器产生的高维宽带混沌载波,应用于光混沌通信系统中.主器的外腔长度用作混沌保密通信的附加密钥.本文实验研究了光反馈混沌半导体激光器外腔长度密钥的识别.通过对长腔光反馈产生的混沌频谱进行局部放大,分析其精细结构,结果表明:无论是单反馈半导体激光器还是有不同外腔长度比的双反馈半导体激光器,都可以利用频谱仪直接提取出激光器的外腔长度信息.     

交叉相位调制提高半导体激光器混沌载波发射机带宽方法

提出半导体激光器混沌交叉相位调制(XPM)光反馈提高混沌载波发射机带宽方法,建立了有外腔光纤传输反馈XPM控制下的激光动力学物理模型.理论导出XPM作用下激光双反馈频率失谐公式,指出XPM产生的非线性相移影响了激光器增益和线宽增强因子,其光纤二阶非线性效应使激光振幅和相位变化更加丰富,而非线性相移的出现进一步增加了新的频率分量并使频谱展宽.数值结果表明,XPM使激光器混沌带宽增加到4倍以上,使激光混沌张弛振荡频率增加到2.85倍,其光纤长度、入纤光功率、面镜反射系数、光纤二阶非线性系数等都能影响激光混沌带宽.     

注入半导体激光器混沌相位周期控制方法研究

提出外部光注入半导体激光器混沌相位控制方法，通过周期调制注入光的相位相移将激光器的混沌控制到多种周期状态.数值结果表明：在不同强度光注入下，(1)通过半波长周期相位相移调制控制混沌激光到周期态、双周期态、三周期态、四周期态以及多周期态等；(2)通过四分之一波长周期相位相移调制控制混沌激光到周期态和多周期态，并在高频调制控制时能够产生激光锁模现象，其锁模区域是19—21GHz；(3)波长周期相位相移调制控制也能使混沌激光控制到三周期态和多周期态等. 关键词： 混沌 控制 激光器 周期     

半导体激光器系统输出混沌激光研究进展

混沌激光由于其类噪声的随机性和优良的抗干扰性,广泛应用于混沌保密通讯、激光雷达、光学检测等方面,而且半导体激光器自身体积小且结构稳定,成为产生混沌激光的主要激光器之一。但是,常规光反馈结构的半导体激光器系统输出的混沌激光信号带宽较窄且存在延时特征,这严重影响了混沌激光的应用。针对半导体激光器系统的上述问题,本文综合介绍了降低延时特征和优化混沌激光带宽的研究进展,对混沌保密通讯十分重要的混沌激光的同步性研究进展和半导体激光器系统输出的混沌激光在应用方面的研究进行了总结,并最终对半导体激光器系统输出的混沌激光的未来发展与应用前景进行展望。     

相干长度可连续调谐的半导体激光器

实验利用光反馈的方法获得了相干长度连续可调的半导体激光光源.通过调节反馈强度及抽运电流,有效控制了光反馈半导体激光器的相干长度.其相干长度可由无反馈时的几米连续调至100 μm.同时,利用光反馈半导体激光器速率方程,数值模拟了反馈强度及抽运电流对半导体激光器相干长度的影响.实验及数值模拟均表明：通过调节反馈强度的大小可以有效控制半导体激光器的相干长度,光反馈半导体激光器的相干长度随反馈强度的增大而减小,而偏置电流对相干长度无明显影响.模拟结果与实验结果符合. 关键词： 光反馈半导体激光器 相干长度 反馈 混沌     

链式互耦合半导体激光器的实时混沌同步

通过在互耦合外腔半导体激光器之间增加中继激光器,建立了一种链式互耦合半导体激光器混沌同步系统模型.理论分析了系统的实时混沌同步条件,数值研究了注入电流、互耦合条件、反馈条件等对系统实时混沌同步品质的影响,揭示了同步质量在反馈强度和互耦合强度二维参数空间的分布规律.结果表明:注入电流较大时,满足互耦合强度和反馈强度相同,互耦合延时和反馈延时相等,系统中所有激光器之间可同时实现稳定高品质实时混沌同步;中心激光器和边激光器之间的稳定实时混沌同步分布在在互耦合强度和反馈强度较小的区域以及互耦合强度和反馈强度相近的区域;边激光器之间由于同时接收到中心激光器实施的相同注入,能够较容易的实现稳定高品质的实时混沌同步.该系统可进一步扩展成为实现远距离的双向实时混沌同步或阵列激光器系统的实时混沌同步.     

短外腔偏振旋转光反馈下1550nm垂直腔面发射激光器的动力学特性研究

基于扩展的自旋反转模型,对短外腔偏振旋转光反馈下1550 nm垂直腔面发射激光器的动力学特性进行了数值仿真和理论分析.研究结果表明:增加反馈强度会导致多个偏振开关现象出现,中等反馈强度下呈现丰富的动力学状态,譬如单周期、倍周期、准周期及混沌态,增加注入电流使Y方向线偏振模的工作区域被压缩;随着反馈延迟时间的增加,在弱光反馈时,偏振模跳变现象将会以特定的频率发生,施加中等的反馈强度将会导致模式跳变的频率增加,并且出现各种新的动力学状态,包括拍频单周期、拍频脉冲包络、拍频准周期和拍频混沌态.新动力学行为的出现是由于短外腔区激光器的动力学特性对相位变化非常敏感,从而使外腔模式间的拍频效应发挥了关键作用.此外还发现各种动力学状态之间会伴随模式间的跳变而发生相互跳变.