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.     

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     

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.     

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.     

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.     

线宽增强因子对光反馈半导体激光器混沌信号生成随机数性能的影响

基于光反馈半导体激光器产生的宽带混沌信号作为物理熵源生成物理随机数已得到广泛研究.线宽增强因子的存在会导致半导体激光器出现大量不稳定动态特性,因此,本文着重研究半导体激光器的线宽增强因子对生成随机数性能的影响.数值仿真结果表明:随着线宽增强因子的增加,光反馈半导体激光器输出混沌信号的延时峰值逐渐减小、最大李雅普诺夫指数逐渐增大.基于不同线宽增强因子下产生的混沌信号提取随机数,并利用NIST SP 800-22软件对生成随机数的性能进行测试.测试结果表明,选取线宽增强因子较大的半导体激光器产生混沌信号作为物理熵源易于生成性能良好的随机数.     

双反馈半导体激光器的混沌特性研究

实验利用双反馈半导体激光器获得了关联维数为3.8的高维混沌光.同时对比分析了双反馈与单反馈两种不同模式产生混沌的区别.结果表明：在反馈强度均为-26 dB时,双反馈产生混沌的关联维数高于单反馈产生混沌的关联维数2.6;双反馈可获得带宽为11 GHz的混沌光,为单反馈产生混沌带宽5.5 GHz的两倍.当双反馈的两个外腔长度不相等时,混沌的自相关曲线能很好的隐藏外腔长度信息,可提高混沌通信的保密性. 关键词： 双反馈 半导体激光器 混沌 带宽     

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     

半导体激光自混合干涉仪稳定性的仿真分析

利用半导体激光器的Lang-Kobayashi方程,对半导体激光自混合干涉系统的动力学特性进行了仿真分析。研究结果表明,当光反馈系数较小时,激光器处于稳定状态,外腔长度不影响系统的稳定性;当光反馈系数较大时,激光器将进入不稳定状态,对于不同的外腔长度,激光器的稳定状态将发生变化。为实现大量程的位移或距离测量,光反馈系数必须足够小才能保证在较大外腔长度变化范围内,激光器始终处于稳定状态。     

基于频率失谐的光混沌同步开关的特性研究

针对实验报道的光混沌同步开关现象,建立了基于半导体激光器的光混沌同步开关的理论模型.利用该模型,数值模拟了不同外腔反馈强度和注入强度下的光混沌同步开关特性.结果表明：固定外腔反馈强度,不同注入强度下的混沌同步开关的对比度和宽度均不同;当注入强度与外腔反馈强度相同时,开关的对比度达到最大值;进一步地,当外腔反馈强度和注入强度同步增强时,混沌同步开关的对比度和宽度均单调增大. 关键词： 光混沌同步开关 半导体激光器 频率失谐 外腔反馈     

Dynamics of Semiconductor Lasers with Optical Feedback from Photorefractive Phase Conjugate Mirror

The dynamics of semiconductor lasers with photorefractive phase conjugate optical feedback are experimentally studied. Photorefractive fringes considered here are rather static compared with time fluctuations of laser output power. Therefore, it is expected that a semiconductor laser with photorefractive feedback shows similar dynamics to those with conventional optical feedback. We examine relaxation oscillation and external cavity modes of laser output power in the presence of photorefractive phase conjugate feedback. It is proved that the dynamics of photorefractive phase conjugate feedback are fundamentally the same as those of conventional optical feedback.     

High-frequency optical signal generation in a semiconductor laser by incoherent optical feedback

This work examines the feasibility of using incoherent optical feedback to generate high-frequency optical signals in a semiconductor laser. At a roundtrip feedback distance of 30 cm, a signal appears at around 1 GHz while the laser output is kept in single longitudinal mode and single polarization. The proposed method does not use any external modulation or saturable absorber. Some of the signal's properties are discussed as well.     

Experimental control of a chaotic semiconductor laser

We have experimentally controlled the chaotic output of a single-mode semiconductor laser pumped near threshold and subject to optical feedback. We used a novel technique called dynamic targeting, which was theoretically proposed by Wieland et al. [Opt. Lett. 22, 469 (1997)]. Optical feedback causes the semiconductor laser to undergo a bifurcation cascade that exhibits regions of stability, periodicity, chaos, and coherence collapse. By adjusting the feedback phase simultaneously as the feedback strength was varied we steered the laser into the stable maximum gain mode, and thus we stabilized the system at maximum intensity.     

Experimental characterization of DFB and FP chaotic lasers with strong incoherent optical feedback

We have experimentally investigated chaotic power oscillations in single-longitudinal mode DFB and multi-longitudinal mode FP lasers as a function of incoherent optical feedback strengths of up to 42%. We have demonstrated the existence of chaos in the output oscillations of both laser types using classical experimental tools such as RF spectrum, standard deviation, and maximum Lyapunov exponent, which all increase with increasing of feedback strength for both in single-longitudinal mode DFB lasers and multi-longitudinal mode FP lasers. It is also shown that power switching among longitudinal modes of multimode FP semiconductor laser is a considerable portion of the chaotic power oscillations for both strong and weak incoherent optical feedback.     

用滑模变结构控制方法实现外腔反馈式半导体激光器的混沌控制

通过增加外腔反馈式半导体激光器的激光反馈时间，使系统处于混沌状态，再采用滑模变结构控制方法实现这种激光器的混沌控制.该方法的优点是系统既能很快地获得稳定的输出激光，又能根据工程需要实现激光输出功率强度的灵活调整.理论分析和数值计算结果表明控制结果具有很强的稳定性和鲁棒性.研究结果对改善实际激光系统稳态输出的快速性、输出功率的灵活可调性和能量转换效率有较好的参考价值. 关键词： 混沌 外腔反馈式半导体激光器 滑模变结构控制 外腔长度     

Low-frequency fluctuation induced by injection-current modulation in semiconductor lasers with optical feedback

Low-frequency fluctuations in semiconductor lasers with optical feedback are investigated when high-frequency modulation is applied to an injection current. Synchronization of the laser output power with the modulation within +/-3 MHz centered at the frequency corresponding to the external cavity mode was observed. However, for modulation of the detuned frequency from the external cavity mode, low-frequency fluctuations were induced in the laser output power, and these fluctuations were observed within a range of modulation of approximately +/-100 MHz at the center frequency of the external cavity mode.     

双光反馈半导体激光混沌系统的外腔反馈强度对延时特征的影响

通过构建一个双光反馈半导体激光混沌系统,本文实验研究了双腔之间不同反馈强度对系统混沌输出的延时特征的影响.结果表明:固定一个腔的反馈量,而适当调节另一个腔的反馈强度,可实现对混沌输出延时特征的良好抑制.同时,在延时反馈特征抑制较好的情况下,还存在时间漂移（即从混沌输出所提取的特征延时与系统真实延时之差）明显增大的现象.因此采用双光反馈半导体系统可以很好地隐藏激光混沌的延时参量,从而显著提升其在相关领域的表现性能.     

Observation of multi-path interference in broad-area semiconductor lasers with optical feedback

Multi-path interference effects induced by optical feedback in broad-area semiconductor lasers is experimentally studied. An external mirror and an internal laser cavity form a closed composite optical feedback loop. For a very small tilt of the external mirror for the exit facet along the stripe width of the active layer, the light emitted from the laser undergoes multi-path reflections in the composite cavity, and we therefore observe multi-path interference effects of the laser oscillations for a small mirror tilt. The laser output power always shows the fundamental mode of the single feedback loop together with an oscillation of a certain higher multi-path loop. The laser oscillation and the beam profile are strongly dependent on the tilt. We observed up to a nine-fold multi-path interference in the experiment.     

闪耀光栅外腔反馈压窄半导体激光器线宽技术的研究

在讨论半导体激光线宽压窄理论的基础上,利用闪耀光栅作为外部反馈元件,介绍了由中心波长为949.6nm、原始线宽为1.2THz的单管半导体激光器构成的反馈外腔,它能够很好的改善半导体激光器的性能。实验得到了中心波长稳定的、单纵模的高质量激光输出,边模抑制比大于30dB,线宽优于1.2MHz(Δλ<3.6×10-6nm)。实验证实了强反馈能够很好地改善外腔半导体激光器的动态特性。