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。     

激光混沌通信中半导体激光器接收机对高频信号的滤波特性

数值研究了基于半导体激光器的混沌通信系统中构成混沌同步的接收半导体激光器对高频信号的滤波特性.分析了闭环结构的接收机对不同频率、不同幅度的加载信号的提取能力.研究发现，混沌保密通信系统对传输信号的提取能力与信号的频率有关.当信号频率较低时，闭环结构的接收机对信号的滤波效果较好；当信号频率接近半导体激光器的弛豫振荡频率时，接收机的滤波效果较差.分析结果同时表明，混沌保密通信系统中接收机对传输信号的提取质量不仅与实现混沌同步的两激光器的同步质量有关，而且依赖于传输信号的幅度. 关键词： 混沌 混沌同步 半导体激光器 滤波     

C-C转移放电泵浦XeCl准分子激光器能量沉积特性的分析

本文报道了一台使用UV自动预电离,C-C转移放电泵浦的XeCl准分子激光器,并且以激光器放电信号和输出激光信号的同时测量结果为依据,分析了激光器放电的能量沉积过程.可为设计同类型准分子激光器提供一些参考数据.     

非线性吸收诱导掺镱光纤激光器中的光学双稳

研究了在掺镱光纤激光器中观察到的光学双稳态现象.激光信号光和驻留泵浦光的双稳特性来源于激光器在小信号和增益饱和两种情况下,掺镱光纤对信号的非线性吸收导致的激光器内腔非线性损耗.同时分析了把泵浦光中的光学双稳行为通过分叉的腔结构扩展到切换式双波长光纤激光器的可行性.     

光学线性调频步进信号合成与高分辨测距演示

利用分立激光器合成大带宽线性调频步进信号(FSCS)激光信号源以实现高分辨测距。依据FSCS信号测距原理,数值计算了激光器各参数对合成FSCS信号的影响及其误差容限。计算表明,在各激光器参数误差中,起始频率和起始时间误差是引起合成FSCS信号测距分辨力恶化的最主要因素。另外,利用一台中心波长1550nm、线宽为150kHz的线性调波长激光器,通过光学斩波方式,模拟产生了合成FSCS信号,进行了高分辨力的测距演示。理论分析与实验结果表明,采用分立激光器合成高分辨力测距FSCS信号是可行的。     

国外光学

<正> △测量激光器延时仪器的分辨率大约为5ps。NASN介绍了一种测量激光器延时,即调制(半导体)激光器的响应时间作为温度的函数的方法。此延时是通过比较激励信号和激光器输出信号,用矢量伏特计显示出来。半导体激光器装在一个调节温度的容器中。伏特计     

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.     

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     

可调谐半导体激光器的瞬时光谱测量方法研究

可调谐半导体激光器在调谐过程中的瞬时光谱特性,如瞬时的波长、调谐率、功率、线型和线宽等参数影响着以激光器为光源的光学测量和光相干通信系统的精度。然而,能够同时测量这些瞬变参数的技术至今未见报道。提出了一个基于时频分析的测量半导体激光器在调谐过程中瞬时光谱参数的方法,利用一个短时延外差测量系统,利用激光器瞬时光谱参数与差拍信号瞬时参数的关系,最终获得了半导体激光器在连续电流调谐过程中的瞬时光谱。测量系统采用了10 cm光程差的Mach-Zehnder干涉仪,调谐电流是幅度为20~120 mA、频率是1 kHz的锯齿波,差拍信号可视为直流信号、载波信号与噪声的叠加,按照短时延相干光测量原理,差拍信号中的直流分量幅度的大小反映了激光器输出光信号的功率;载波信号是一种多项式相位信号,由其频率可以推算激光器输出光谱的中心频率或波长;噪声信号则与激光器输出光谱的线型和线宽相关,通过对噪声信号进行时频分析,可以获知激光器在连续电流调谐过程中每一时刻或每个电流下的瞬时线型、线宽。采用了趋势局部均值分解方法对差拍信号进行了准确分离,并对分离信号分别进行处理,同时获知了半导体激光器在调谐过程中的瞬时输出光功率、光波长、调谐率及线型、线宽。在去掉弛豫部分后截取的整周期差拍信号对应的调谐电流60~115 mA变化范围内,半导体激光器(FRL15DDR0A31-18950, Furukawa)瞬时输出光功率变化范围是5.16~10.6 mW,瞬时光波长变化范围为1 579.2~1 579.6 nm;激光器的瞬时调谐率在0.004 8~0.011 5 nm·mA-1范围内单调变化;线宽是852.55~954.95 kHz,呈非线性随机分布。基于短时延、局部均值分解和时频分析方法的瞬时光谱参数测量系统可以准确得到各瞬时光谱参数,测量结果与激光器的静特性相符,且测量系统结构简单,使我们更深入地理解激光器的工作原理,具有广阔的应用前景。     

F-P半导体激光器实现多波长注入锁定

F-P半导体激光器中对于TE模比TM模有更大的束缚系数,并且在其反射面上有更高的反射率.当TE模和TM模同时注入F-P半导体激光器的谐振腔时,TE模方向的信号得到增长,TM模方向的信号受到抑制.F-P半导体激光器的这种特性使得它类似于一个偏振器,但是其优越之处在于经过F-P半导体激光器注入锁定之后的光信号没有功率损耗.采用F-P半导体激光器的注入锁定原理,使入射光信号没有功率损耗地由偏振光转换为部分偏振光,降低了通信系统中传输信号的偏振敏感性,使传输信号的质量得到提高,实现了F-P半导体激光器三波长和四波长注入锁定.     

语音信号调制的微腔半导体激光器的抗噪音性能

假定微腔半导体激光器输入调制信号为实际语音信号,伴随语音信号的噪音为加性白噪音,在小信号近似下,得到了电流调制和自发发射寿命调制下激光器的传递函数;在大信噪比的前提下,对激光器进行了频域分析,得到了不同参量下的信噪比增益.数值模拟结果表明,在偏置电流的变化范围内,存在极低信噪比增益区,大自发发射因子、小自发发射寿命有利于使该区变窄;语音信号的通带范围和功率谱密度分布特征参量的适当选取,可以使激光器的抗噪音性能在偏置电流的某段范围内得以提高.     

小功率量子阱激光器的大信号调制特性

在小信号理论的研究基础上,本文对量子阱半导体激光器的大信号调制响应特性进行了研究。大信号调制下的非线性增益效应使得速率方程求解过程变得很复杂,载流子密度和光子密度的不仅与时间有关也与频率有关。本文先建立多量子阱激光器的速率方程模型,然后数值求解速率方程,对小功率激光器的大信号调制带宽进行了分析。     

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。     

基于半导体激光器的全光波长转换的理论研究

全光波长转换是全光网络的关键技术之一。利用多模半导体激光器的速率方程,建立了基于半导体激光器的全光波长转换器的理论模型,该模型不仅考虑了注入信号光对激光腔内载流子的消耗,而且考虑了激光腔对注入信号光的放大作用。利用该模型分析了半导体激光器工作电流、注入信号光功率以及码率各参数对波长转换特性的影响。结果对于确定基于半导体激光器的全光波长转换器件的最佳工作条件有一定的参考价值。     

具有横向效应的半导体激光器的同步传输技术

通过修正描述半导体激光器的动力学模型,给出了具有横向效应的半导体激光器的动力学方程,并分析了横向效应对半导体激光器输出特性的影响。在此基础上,进一步研究了具有横向效应的半导体激光器输出信号的同步传输技术。结果表明,考虑横向效应后,半导体激光器的输出呈现新的时空混沌态,且对初始值非常敏感。同时,无论是利用半导体激光器进行单通道信号的同步传输还是多通道信号的同步传输,其传输性能均十分稳定。该项同步技术十分简单,非常易于实际应用。     

基于外光注入互耦合垂直腔面发射激光器的混沌随机特性研究

通过在互耦合垂直腔面发射激光器(VCSELs)系统中增加外光注入, 建立了一种基于偏振可调光反馈VCSEL驱动互耦合VCSELs混沌系统模型, 分析了增加外光驱动对互耦合激光器随机特性的影响. 以不可预测度作为随机特性的评价指标, 采用信息论中的排列熵作为相应量化工具, 对系统输出混沌信号的不可预测性进行定量分析.数值研究了光强度、时延、偏振旋转角度以及驱动激光器与耦合激光器间的频率失谐对输出信号随机特性的影响.结果表明: 外光注入能够增大互耦合VCSELs输出混沌信号的排列熵, 即外光注入能够有效提高耦合系统的随机特性; 驱动激光器可调偏振片偏转角度调节到45° 附近, 注入强度适中, 满足耦合强度大于驱动激光器自反馈强度条件, 系统输出信号的排列熵较大; 在耦合时延与驱动激光器反馈时延不相等的同时, 增加驱动激光器与耦合激光器频率失谐, 外光注入互耦合VCSELs的随机特性能够得到进一步提高.     

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.     

基于DFB激光器的光学微波信号的产生

采用量子阱混杂的材料集成技术制备并联分布反馈激光器和Y形波导耦合器集成的新型光电器件.两个并联分布反馈激光器的激射模式在频率上稍有差别,这两束不同频率的激光在Y形波导耦合器拍频产生光学微波信号.分别独立调节注入到两个激光器的电流大小,可以得到从13 GHz到42 GHz连续可调的光学微波信号. 关键词： 光学微波信号生成 分布反馈激光器 Y形波导 拍频     

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.     

TDLAS痕量气体检测中激光器管壳温度对背景信号的影响

采用可调谐半导体激光吸收光谱(TDLAS)技术对痕量气体的连续检测，二次谐波背景信号会随着半导体激光器管壳温度变化产生漂移，使得二次谐波波形无法保持稳定，对测量结果产生误差。基于TDLAS原理，解释了二次谐波背景信号的产生，分析了背景信号的来源和背景漂移对测量结果的影响，通过对背景信号的扣除获得标准的二次谐波波形，设计并搭建了一套高精度恒温控制系统，此系统搭载了风冷以及水冷模块进行辅助控温，控制精度达到±0.1 ℃，选取了1 796和1 653 nm波长的DFB半导体激光器，通过控制两只激光器在20～44 ℃温度条件下来回变动，温度间隔为2 ℃，对获得的二次谐波背景信号进行了实验研究。研究表明：随着半导体激光器管壳温度上升，背景信号发生红移，反之发生蓝移；实验中温度每变化2 ℃, 1 796和1 653 nm的DFB激光器的背景信号分别产生了约3.2和2.67 pm波长漂移；通过对半导体激光器进行控温封装，实现对半导体激光器管壳的恒温控制，可以有效地消除室温变化引起的背景信号漂移，维持测量系统的稳定性，提高痕量气体检测的精度和准确度。