双混沌光注入VCSEL获取宽带宽偏振混沌信号

基于自旋反转模型(SFM),理论研究了双混沌光注入时偏振混沌信号的带宽特性。研究结果表明,与单混沌光注入方式相比,双混沌光注入方式可减弱注入锁定效应,垂直腔面发射激光器(VCSEL)可在注入强度和频率失谐参数空间的更大范围内获得偏振宽带宽混沌信号。对于给定的注入强度,当双混沌光的两个频率失谐绝对值同为较大值时,系统更易产生宽带宽的偏振混沌;对于给定的频率失谐,系统可在两个注入强度参数空间的特定区域内实现宽带宽混沌输出,且正的频率失谐条件更有利于该区域的扩展。     

外部光注入混沌激光器产生超宽带微波信号的研究

利用外部光注入混沌激光器产生了完全符合美国联邦通信委员会关于室内无线通信频谱限定的超宽带(UWB)微波信号.基于外部光注入光反馈半导体激光器的速率方程组,理论研究了外部及内部参量对半导体激光器输出混沌UWB脉冲信号的影响.研究表明,UWB信号的-10 dB带宽随着光注入强度、注入失谐量以及线宽增强因子的增大而增大,随着激光器偏置电流的增大而减小.同时,UWB信号的中心频率在5–8 GHz范围内变化.在实验中,通过设定其他参量和调节光注入强度,得到中心频率及带宽可调谐的混沌UWB微波信号,传输速率达到500 Mbit/s.实验结果与理论分析相符合. 关键词： 半导体激光器 混沌激光 光生微波技术 超宽带信号     

外部光注入空间耦合半导体激光器高维混沌系统的增频与控制研究

提出外部光注入空间耦合半导体激光器系统,研究 外部光注入两激光器混沌振荡频率增强以及混沌控制等特点, 给出稳定频率失谐公式.研究表明,当单激光器注入时,注入激光器 呈现出三个混沌扩频区域;发现在强激光注入条件下,随着注入程度的 增加,注入激光器混沌振荡频率增强非常有效且可达到 3.5倍以上(尽管另一个激光器频率会缓慢下降); 随着注入光正频率失谐的增加,两激光器混沌振荡都能进一步增 强;发现混沌控制窗口,即在弱注入条件下两激光器可以被控制到单周 期、双周期、四周期、六周期等.当双激光器注入时,随着注入程度 的增加,两激光器混沌振荡频率 进一步增加, 且可达到3.5倍和2.65倍以上; 随着注入光正频率失谐增加, 两激光器混沌振荡频率增加.双激光器注 入控制混沌的一个窗口也被发现:即在强注入条件下两激光器可以被 控制到单周期、三周期、六周期等.最后详细给出了单激光注入系 统从单周期模式锁定到类周期再进入混沌增频的发展路径以及双 激光注入系统从混沌到类周期再进入单周期模式锁定的演化控制路径等.     

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     

混沌光注入垂直腔面发射激光器混沌输出的时延和带宽特性

提出并仿真论证了利用一个双光反馈垂直腔面发射激光器(定义为主VCSEL,M-VCSEL)产生的混沌光平行单向注入到另一个VCSEL(定义为副VCSEL,S-VCSEL)使所产生的混沌信号的延时特征(TDS)和带宽特性得以优化的技术方案.首先,基于VCSELs自旋反转模型,结合自相关分析方法,通过对系统参量进行优化,可使双光反馈M-VCSEL的X偏振分量(X-PC)和Y偏振分量(Y-PC)均输出混沌信号,且两路混沌信号的平均强度相当、TDS均较弱;在此基础上,将双光反馈M-VCSEL在优化条件下得到的混沌信号平行单向注入到S-VCSEL中,以获得两路TDS得到抑制、带宽更宽的混沌信号.通过考察两个偏振分量输出混沌信号的TDS以及混沌带宽在注入强度和频率失谐构成的参数空间的演化规律,确定了系统获取两路TDS被抑制、宽带宽的混沌信号所需的注入参数范围.     

主副垂直腔面发射激光器动力学系统混沌输出的时延特征及带宽分析

基于垂直腔面发射激光器(VCSEL)的自旋反转模型, 数值研究了由一个光反馈VCSEL (定义为主VCSEL, M-VCSEL)输出的混沌光单向注入到另一个VCSEL (定义为副VCSLE, S-VCSEL)所构成的主副VCSELs系统的混沌动力学特性, 分析了注入强度、M-VCSEL与S-VCSEL之间的频率失谐以及M-VCSEL所受到的光反馈强度对系统混沌输出时延特征(包括强度时延特征(I-TDS) 和相位时延特征(P-TDS))以及输出带宽(BW)的影响. 结果显示: 通过调节注入强度和频率失谐, 该系统混沌输出的两个偏振分量(X-PC和Y-PC)的P-TDS和I-TDS可以同时得到抑制; 进一步分析注入强度和频率失谐对混沌BW的影响, 发现在较大负频率失谐区域, 系统可输出BW超过30 GHz 的X-PC和Y-PC混沌信号; 结合系统混沌输出信号的TDS与BW在注入强度和频率失谐参量空间下的演化特性, 可确定宽带宽、低时延特征混沌信号输出的参量空间区域. 此外, 通过合理调节M-VCSEL 所受到的光反馈强度, 可以显著优化系统的混沌输出信号质量.     

用双滤波反馈半导体激光器产生低延时特征的混沌信号

将两个法布里-珀罗干涉仪作为双外腔构成双滤波反馈半导体激光器,获取低延时特征混沌信号,理论研究了反馈时间、反馈强度、滤波器带宽以及滤波器中心频率与激光器中心频率之间的频率失谐对双滤波反馈半导体激光器混沌输出延时特征的影响.研究结果表明:当两个腔的反馈延迟时间之差约等于激光器弛豫振荡周期的一半时,输出混沌信号的延时特征抑制效果相对较好.在此基础上,通过合理选择反馈强度、滤波器带宽、滤波器中心频率与激光器中心频率之间的频率失谐,双滤波反馈半导体激光器输出混沌信号的延时特征被进一步抑制.最后,绘制混沌延时特征在滤波器带宽和频率失谐构成的参量空间的分布图,确定获取低延时特征的混沌信号所需的反馈参量范围.     

基于半导体环形激光器的高速双向双信道混沌保密通信

提出了一种利用半导体环形激光器(SRLs)的新型高速双向、双信道混沌保密通信系统. 在该系统中, 首先利用交叉双光反馈对驱动激光器的顺时针模式和逆时针模式的混沌延时特征进行抑制. 然后将此混沌信号注入到一对响应激光器对应的顺时针模和逆时针模中, 以实现带宽的增强及混沌同步. 最后基于响应激光器之间的混沌同步, 实现高速率、双向、双信道的混沌保密通信. 通过对驱动激光器在交叉双光反馈作用下的混沌特性、以及响应激光器在不同条件下的同步特性进行了相关理论和仿真研究, 结果表明: 驱动激光器在合适的交叉双光反馈作用下可以产生延时特性被良好隐藏的顺时针模式和逆时针模式混沌信号; 在该混沌信号的注入下, 响应激光器输出的混沌信号带宽可以得到明显增强; 通过设置合适注入强度值和频率失谐值, 响应激光器之间可实现高质量的等时混沌同步. 最后, 对系统的双向、双信道混沌保密通信特性进行了讨论. 当10 Gbit/s信号传输距离为10 km时, 解调信息Q因子值仍可保持在6以上.     

基于双光反馈半导体激光器的单向开环混沌同步通信

利用双光反馈半导体激光器作为混沌发射源, 构建了一个单向开环混沌通信系统, 并对系统的通信性能进行了相关仿真研究. 研究表明: 通过合理选取系统参量, 双光反馈半导体激光器所产生的混沌载波能很好地抑制外腔延时特征; 发射激光器和接收激光器在强注入锁定下能实现很好的混沌同步, 并且同步性能对频率失谐具有很好的容忍性; 采用附加混沌调制加密方式, 500 Mbits/s的信号能够很好地隐藏于混沌载波中, 并可在接收端成功解调. 关键词： 半导体激光器 单向耦合 混沌通信     

光注入半导体激光器分岔与周期研究

研究外部光注入半导体激光器的非线性物理特性,用小信号分析方法分析了激光器的动力学行为.分析了外部光注入对半导体激光器的激光非线性频率啁啾影响,给出了最大静态锁模公式,理论上指出.有外部光注入半导体激光器激光频率唰啾小再是传统意义上独立的半导体激光器线性啁啾,它和外部注入光以及激光器所处的物理状态有着非常强烈的非线性关系,并随着注入指数的增加而增强,同时,频差以及激光器光线宽增强因子也将起到一定的非线性影响作用.还给出了频差、最大锁模区域、激光分岔条件以及分岔的周期公式.详细地数值模拟了激光随外部光注人频差和注入参数变化所产生的由分岔进入混沌的动力学行为,并数值分析了周期、三周期、多周期、混沌、充分发展混沌过程以及它们的旋转涡旋吸引子、频率、频谱、波形变化,分别算出了最大李雅普诺夫(Lyapunov)指数、静态最大锁模区域和分岔周期,数值给出激光随频率差变化分岔图,逐步认清了该激光系统不稳定动力学行为以及频谱特点.     

外场调控下的纳米激光时延隐藏及不可预测性提升

纳米激光器作为未来实现光集成的重要光学元件,成为了近年来的研究热点之一,相应的结构工程及输出特性受到了广泛的关注.然而,纳米激光的非线性动力学方向上的研究却少有报道.本文基于纳米激光器的单模速率方程,应用排列熵复杂度量化工具分析了光反馈及光注入下的混沌纳米光源不可预测程度,并通过自相关函数进行时延表征.结果表明:增加线宽增强因子a、偏置电流I_(dc)、减小增益饱和因子e、自发辐射增强因子F、自发辐射耦合因子b都有利于提升混沌的不可预测性并抑制时延特征.而通过光反馈方式产生的混沌光源进一步注入到另一个纳米激光器,会带来额外的光场非线性作用,进一步地增强混沌激光的复杂度特性.此外,基于绘制频率失谐及注入强度下激光器输出的二维复杂度空间分布,确定了获取高不可预测度纳米激光混沌信号的参数范围.这对于实现低成本、小尺寸、高品质混沌光源的研究有重要推动作用.     

光电反馈下光注入VCSELs的动力学特性

基于垂直腔面发射激光器的自旋反转模型,研究了光电负反馈下1 550nm正交偏振光注入垂直腔面发射激光器的非线性动力学特性.研究结果表明:在合适的注入强度和失谐频率条件下,自由运行工作在Y线偏振模式的1 550nm垂直腔面发射激光器可呈现出稳态、稳定注入锁定、单周期、二倍周期、多周期、混沌等多种非线性动力学状态以及偏振转换现象;引入光电负反馈后,1 550nm正交偏振光注入垂直腔面发射激光器将呈现出双频准周期、三频准周期等动力学状态.在注入强度和失谐频率构成的参数空间,反馈延时时间一定时,反馈强度大小对该激光器的动力学状态分布有明显影响;光电反馈强度一定时,在注入强度相对较小的区域,反馈延时时间对该激光器动力学状态分布也有明显影响,而对于注入强度相对较大的区域,该激光器始终工作在单周期或稳定注入锁定态,即反馈延时时间对激光器动态行为的影响较弱.     

光注入弱谐振腔法布里-珀罗激光器非线性动力学特性的实验研究

实验研究了弱谐振腔法布里-珀罗激光器在受到光注入扰动时的非线性动力学特性.通过测定"-3模"、"0模"、"13模"三个纵模输出的时间序列,功率谱和光谱分布,对其非线性动力学状态进行了判定.研究结果表明:引入光注入后,通过改变注入强度及频率失谐,这三个纵模均可呈现出四波混频、单周期态、准周期态、混沌态以及稳定的光注入锁定态等非线性动力学特性,其动力学演化路径为经准周期分岔进入混沌态.此外,为实现对动力学状态的精确控制,绘制了这三个纵模在光注入强度0μW到450μW和频率失谐-16GHz到16GHz构成的参量空间的动力学状态分布图.结果显示:"0模"与"13模"在正、负频率失谐均可观察到混沌区域,而"-3模"在负频率失谐没有出现混沌区域;"0模"存在两个分离的稳定的光注入锁定态区,而在"-3模"和"13模"仅观测到一个稳定的光注入锁定态区.     

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.     

采用混沌光注入实现混沌载波时延特征隐藏的研究

在混沌通信系统中,混沌载波的时延特征直接影响着通信系统的安全性,因此隐藏混沌载波的时延特征信息十分重要。本文基于外腔反馈式半导体激光器(ECSL)的单光注入结构,引入激光器参数失配,详细阐述了一种通过主从激光器参数失配来消除混沌信号时延特征的方法。利用自相关函数作为量化工具,对混沌信号的时延隐藏效果进行量化分析,数值研究了主从激光器间的参数失配对混沌信号时延消除的影响,并结合注入强度与频率失谐开展了进一步综合研究。研究结果表明:引入激光器参数失配对时延隐藏的效果影响显著,参数失配率在-0.4~0范围时有助于在从激光器混沌输出中隐藏主激光器外腔引入的反馈时延;而且,当主激光器注入强度在10ns-1~20ns-1范围内,主从激光器频率失谐控制在-20GHz附近时,信号时延隐藏效果最佳。因此,由此单混沌光注入系统产生的混沌信号可显著提高混沌载波的安全性,进而增强其潜在应用的性能。     

强光注入提高光反馈VCSELs混沌载波基频

研究了外部光注入对光反馈垂直腔表面发射半导体激光器(VCSEL)混沌载波基频的影响.研究结果表明：当外部注入光频率与VCSEL自由运行的振荡频率失谐一定时,随着外部光注入强度的增加,混沌载波基频总体呈现上升的趋势;通过调整失谐频率和注入强度大小,外部光注入可以使混沌载波基频得到大幅度的提高;当归一化的注入系数K=330, 失谐频率为42 GHz,可得到基频位于47.3 GHz的混沌信号输出. 关键词： VCSEL 光注入 光反馈 混沌载波基频     

直接调制光反馈半导体激光器产生超宽带信号

利用直接电流调制光反馈半导体激光器产生了符合美国联邦通信委员会关于室内无线通信频谱限定的超宽带(UWB)微波信号.基于光反馈半导体激光器速率方程组, 数值分析了偏置电流、反馈强度对混沌UWB脉冲信号的影响.研究表明, 混沌UWB脉冲频谱的-10 dB带宽分别随着偏置电流的增大和反馈强度的增强而逐渐增加; 中心频率分别随着偏置电流的增大和反馈强度的增强而逐渐增大.实验中, 产生了中心频率为6.6 GHz, -10 dB带宽为9.6 GHz的混沌UWB信号. 进一步, 通过调节偏置电流和反馈强度, 可实现混沌UWB信号的中心频率和-10 dB带宽的可调谐输出, 实验结果和数值分析相符合.此外, 实验产生的混沌UWB信号经过34.08 km的光纤传输后, 其频谱形状几乎没有发生变化, 表明该方法所产生的混沌UWB信号对光纤色散有较大的容忍度. 关键词： 超宽带 混沌激光 光反馈 直接调制     

光注入掺铒光纤激光器的混沌特性

对光注入情况下混沌光纤激光器的输出特性进行实验研究.混沌光纤激光器采用环形腔结构,利用光纤的非线性克尔效应产生混沌激光.主激光器产生的混沌激光通过光隔离器和光纤耦合器注入到混沌掺铒光纤激光器实现外光注入.将主激光器产生的不同功率的混沌信号注入从激光器,研究光注入后从激光器混沌信号时序、频谱、自相关以及稳定性与复杂度等特性.结果 表明,光注入后的混沌信号时序随机且幅度频数呈高斯分布,频谱无明显的周期特性,自相关特性优良.光注入掺铒光纤激光器混沌输出在保证混沌源高复杂度的同时提高了混沌源的稳定性.     

光注入和光电反馈联合作用下垂直腔表面 发射激光器的动力学特性研究

基于自旋反转模型, 研究了垂直腔表面发射激光器(VCSEL) 在光注入和光电反馈共同作用下的动力学特性. 研究结果表明: 一个受到主VCSEL光注入的副VCSEL, 在同时存在光电正反馈时, 其输出的两个线偏振模式(X和Y偏振模) 可呈现周期、 倍周期、 多周期、 混沌等丰富的动力学状态, 且两偏振模动力学态的演化路径存在差异. 各动力学状态在由反馈强度f与注入强度η 所构成的参数空间的分布区域随着主、 副VCSEL 的频率失谐Δν(Δν=ν_m-ν_s, ν_m, ν_s 分别为主、 副VCSEL自由运行时的振荡频率) 的变化而发生改变. 当Δν为正失谐时, 呈现混沌的区域相比零失谐和负失谐时有明显的扩展, 即副VCSEL能在更大的参数范围内实现混沌输出. 对于特定的频率失谐, 分析了光电正反馈强度f和光注入强度η对混沌输出带宽的影响. 通过合理选择反馈强度以及注入强度, 可使副VCSEL混沌输出带宽显著增加.