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     

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.     

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.     

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     

延迟光反馈VCSEL的混沌动力学特性

根据延迟光反馈垂直腔面发射半导体激光器动力学模型,数值模拟了激光器的混沌动力学特性,分析了外腔长度和光反馈强度对激光器混沌动力学特性的影响.结果表明:外腔较短的激光器,经过混沌区后仍会回到锁频状态|外腔较长的激光器,经过混沌区后不是进入锁频状态而是回到周期1.取定激光器外腔长度为3.0 cm,使反馈强度由小增大,得到激光器由倍周期分岔进入混沌的过程,并在混沌区中出现周期12窗口.本文对混沌保密通信的实际应用具有一定的理论参考价值.     

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     

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.     

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.     

混沌光注入半导体激光器中极端事件的演变

基于相位共轭光反馈混沌激光系统(主激光器)产生的极端事件,研究了将其输出注入到一个自由运行的半导体激光器(从激光器)的演化情况.通过注入参数空间中极端事件相对数量的二维统计图分析注入参数对极端事件产生的影响,发现在主从激光器混沌输出高相关性参数区域,从激光器中的极端事件的相对数量趋向于一个接近主激光器中极端事件相对数量的稳定值;在某些特定的弱相关区域,从激光器中的极端事件的相对数量趋向于增加.研究结果证明了通过光注入控制极端事件的可能性,有利于优化混沌激光系统性能或拓展其应用场景.     

反馈强度对外腔反馈半导体激光器混沌熵源生成的随机数序列性能的影响

外腔反馈半导体激光器在合适的反馈强度下将呈现混沌态, 其输出的激光混沌信号可作为物理熵源获取物理随机数序列. 着重研究了外腔反馈强度对最后获取的二元码序列的随机性的影响. 数值仿真结果表明, 随着反馈强度的增加, 外腔反馈半导体激光器输出的混沌信号的延时时间特征峰值呈现先逐渐减小再逐渐增大的过程, 而对应的排列熵特征值呈现先增大、后缓慢降低的过程, 即存在一个优化的反馈强度可使输出的混沌信号的延时特征得到有效抑制且复杂度高. 利用NIST Special Publication 800-22软件对基于不同反馈强度下外腔半导体激光器输出的混沌信号所产生的二元码序列的随机性进行了相关测试, 并讨论了反馈强度的大小对测试结果的影响.     

反馈调谐CO2激光器的静态与动态行为

建立了反馈调谐CO_2激光器的物理数学模型.稳态分析结果表明,只有当反馈系数大于某一临界值之后,才能出现激光器泵浦速率与激光输出之间的光学双稳性.线性稳定性分析的结果表明,系统失稳的必要条件是失谐量的Debye弛豫速率(反馈系统的带宽)必须超过布居反转的衰减速率.只有当激光泵浦落在某一范围内时,才出现不稳性.数值分析的结果证明了系统输出倍的周期分岔混沌行为.线性稳定性分析预言的Hopf分岔频率与数值分析的结果符合得很好.     

采用声光频移器反馈控制实现激光强度稳定

本文基于声光频移器,采用光电反馈方式实现了激光强度的稳定控制。根据声光频移器的布拉格衍射对激光强度的调节作用,以光电反馈得到的反馈电信号控制驱动声光频移器的射频功率大小,进而对声光频移器的输出激光强度进行稳定,激光在47 kHz以下的低频噪声实现最大抑制比为15 dB。实验结果基本满足了所要求的激光稳定度。此外还分析了整个回路的响应特性,测试了除反馈电路之外其他部分的相移特性。     

The effects of external optical feedback on the power penalty of DFB-LD modules for 2.5Gbs−1 optical transmission systems

We report the effects of external optical feedback on the power penalty of commercial distributed feedback laser diode (DFB-LD) modules for 2.5Gbs–1 optical transmission systems. External optical feedback presented to the DFB-LD modules causes the excitation of external cavity modes, resulting in increased relative intensity noise (RIN) and intensity noise ripples at low frequency region below 500MHz. For a 10–10 bit error rate (BER), the minimum power penalty is as much as 1.25dB for a feedback ratio of –8.8dB. An excess power penalty of 0.5dB per 3dB increase in the feedback ratio was also empirically obtained. We suggest that optical isolators in 2.5Gbs–1 DFB-LD modules used in conventional optical transmission systems or WDM systems must have a peak isolation ratio of better than 54.5dB, instead of the previously recommended 30dB, for negligible power penalty induced by external optical feedback.     

Injection locking semiconductor lasers with phase conjugate feedback

Phase conjugate injection locking is shown to couple coherently two semiconductor lasers through a double phase conjugate mirror geometry. The mutual coherence and stability of the lock band are characterized from the visibility and relative intensity noise measurements for various levels of phase conjugate coupling and frequency detunings. Side mode phase conjugate injection locking is demonstrated by high mutual coherence with visibility 0.93 and detunings up to nine longitudinal mode spacings at injection levels of −22 dB. Central mode phase conjugate injection locking with high mutual coherence is also possible for feedback levels of −36 dB and exhibiting an asymmetric stable locking region of 350 MHz bandwidth within the locking band. The phase locking is unstable though, the reasons for which are discussed. Increased phase conjugate feedback extends the lock band to greater detunings and asymmetry as in direct injection locking with only a small region showing high mutual coherence. Intensity noise measurements are also discussed.     

单块非平面环形腔激光器的强度噪声抑制技术研究

研究了LD泵浦1319nm单块非平面环形腔(NPRO)激光器的强度噪声特性,发现随着输出功率的增加,弛豫振荡峰频率从100kHz向280kHz移动,同时弛豫振荡峰宽度增加但幅度降低,且在弛豫振荡峰处发生π相位跃变,在600kHz以上频率区域,噪声已经接近量子噪声极限。自行设计的噪声抑制电路在实现足够大增益的同时,在500kHz附近获得了约65°的相位超前,由此获得了优于通常同类实验的噪声抑制结果:当弛豫振荡峰频率为230kHz时,弛豫振荡峰处和低频区域的强度噪声幅度分别被抑制了45dB和20dB。     

Modulation transfer characteristics of injection-locked diode lasers

In this paper, we investigate modulation transfer in an injection-locked diode laser when the master laser frequency or intensity is modulated. The modulation transfer properties of injection-locked diode lasers are shown to depend on frequency detuning between the master and slave lasers. This observation is of practical importance, since the laser frequencies are typically prone to ambient conditions. Also conversion of the master laser frequency modulation to slave laser intensity modulation is shown to be of importance if large frequency modulation amplitudes and small intensity modulation amplitudes of the master laser are used. On the other hand, the injection-locking technique is proved to be an effective way to suppress spurious intensity modulation in certain operational conditions.     

自锁定半导体激光器中强度压缩及位相噪声的减小

采用外部F-P腔自锁定单模量子阱半导体激光器，观察到强度噪声的压缩现象，并同时大幅度降低了位相起伏.在35MHz附近观察到19.3%的强度压缩，对应激光输出的压缩度为37.8%，在9kHz-100MHz范围内观察到约3个数量级的位相噪声降低.获得了近最小测不准态. 关键词：     

Efficient phase noise suppression of an external-cavity diode-laser by optical filtering and resonant optical feedback

We experimentally demonstrated that the excess phase noise of an external cavity diode laser (ECDL) can be efficiently suppressed by optical filtering and resonant optical feedback techniques. A suppression of more than 40?dB phase noise was obtained for the first time using these methods. It made that the phase noise of the ECDL reached shot noise level from 15?MHz. This opens a new way to reduce the phase noise of diode lasers.     

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