一种无时延特征的宽带混沌产生装置的制作方法

本发明涉及高速的混沌通信载波，具体是一种无时延特征的宽带混沌产生装置。

背景技术：

混沌信号由于其频谱宽、类噪声、随机性等特点被广泛应用于混沌保密通信、随机数产生、混沌雷达等方面。在传统的基于外腔反馈半导体激光器系统产生的混沌信号中，激光器的固有参数弛豫振荡频率通常会控制混沌信号的振荡。因此，在混沌信号的频谱中，大部分能量会集中在弛豫振荡频率附近，低频能量得不到有效利用，带宽通常只有几ghz，严重限制了基于光学混沌的安全通信系统的信号传输能力，随机数产生的速率以及雷达的分辨率。此外，由于普通的光反射器件反馈的线性作用，外腔谐振产生周期性的变化，会产生明显的时间延迟特征。时间延迟特征会威胁到保密通信中的安全性，降低随机数的随机性及混沌雷达的精度。因此，探索能够实现带宽增强并且可以抑制时延特征的混沌产生方案至关重要。

为了实现上述目的，近年来已经提出了一些方法。太原理工大学课题组利用外腔反馈半导体激光器的光学外差虽然能产生频谱平坦、无任何反馈延迟和弛豫振荡特征的白混沌信号，在0~11ghz范围内的频谱起伏仅为±1db，但是整个装置结构复杂，成本高，操作难度大（opticsexpress,2013,21(7):8701-8710）。电子科技大学江宁课题组分别提出采用电光相位调制与延迟干涉反馈环结合以及自相位调制与带有色散的单模光纤结合，虽然获得了频谱平坦带宽大，时延特征被消除的混沌信号，但是同样整个装置结构复杂，成本高，操作难度较大（opticsexpress,2019,27(9):12336-12348,journaloflightwavetechnology,2019,37(19):5132-5139）。此外，香港城市大学陈仕俊课题组将外腔反馈半导体激光器产生的混沌信号经过单模光纤，虽然采用更加简单的装置，可以将带宽增加到超过100ghz，时延特征抑制到0.04以下，但是该方案中，混沌信号的低频成分并没有得到提高（opticsletters,2018,43(19):4751-4754）。太原理工大学课题组将外腔反馈半导体激光器产生的混沌信号经过光纤布拉格光栅，能有效的提高低频成分，产生频谱带宽约为8ghz平坦度为±1.4db的混沌信号，但是并不能同时实现提高低频能量、消除时间延迟特征（ietoptoelectronics,2018,13(3):104-108）。

技术实现要素：

本发明旨在解决背景技术中提高混沌频谱带宽且消除时延特征方案中其装置结构复杂，成本高；在结构简单的方案中，又不能同时实现提高低频能量、展宽频谱、消除时间延迟特征的技术问题。为此，本发明提出一种无时延特征的宽带混沌产生装置，其结构简单，既能够提高低频能量，又能够增强带宽，消除时延特征。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种无时延特征的宽带混沌产生装置，包括半导体激光器、偏振控制器、1x2光纤耦合器、光反射器件和光环形器；所述半导体激光器的输出端与所述偏振控制器的输入端相连接，所述偏振控制器的输出端连接至1x2光纤耦合器的输入端，所述1x2光纤耦合器的第一输出端通过掺铒光纤放大器连接至所述光环形器的红色端口，所述1x2光纤耦合器的第二输出端通过衰减器与光反射器件相连接，所述1x2光纤耦合器的第一输出端与第二输出端的分光比大于等于一，所述光环形器的蓝色端口连接有啁啾光纤光栅，所述光环形器的白色端口作为混沌信号的输出终端。

本发明所述的一种无时延特征的宽带混沌产生装置的工作过程为：半导体激光器输出的光依次经过偏振控制器、1x2光纤耦合器，所述1x2光纤耦合器的第二输出端输出的光经过衰减器到达光反射器件，经光反射器件反馈后按原路返回进入半导体激光器中，产生混沌信号；1x2光纤耦合器的第一输出端输出的光经过掺铒光纤放大器对信号进行放大，放大后的信号经光环形器的红色端口输入，经蓝色端口输出到啁啾光纤光栅中，经啁啾光纤光栅反射后从光环形器的白色端口输出，输出信号即为频谱平坦带宽大，时延特征被消除的混沌信号；通过调节半导体激光器的温度控制器来改变混沌信号的波长，从而实现混沌信号波长与啁啾光纤光栅反射谱的波长相匹配，从而产生频谱平坦带宽大，无时延特征的混沌信号。

本发明的有益效果是：本发明提出的无时延特征的宽带混沌产生装置结构简单，容易操作，而且能产生频谱平坦带宽大且无时延特征的混沌信号；通过本发明所述装置产生的混沌信号能同时实现提高低频能量成分、展宽频谱、消除时间延迟特征和弛豫振荡特征的功能。

附图说明

图1是本发明的一种无时延特征的宽带混沌产生装置的结构示意图；

图2是本发明中光反射器件反馈产生的混沌信号的频谱及自相关图；

图3是本发明的一种无时延特征的宽带混沌产生装置产生的混沌信号的频谱及自相关图。

图中：1-半导体激光器；2-偏振控制器；3-1x2光纤耦合器；4-光环形器；5-光反射器件；6-掺铒光纤放大器；7-衰减器；8-啁啾光纤光栅。

具体实施方式

参照图1至图2，对本发明的一种无时延特征的宽带混沌产生装置进行说明。

一种无时延特征的宽带混沌产生装置，如图1所示，包括半导体激光器1、偏振控制器2、1x2光纤耦合器3、光环形器4和光反射器件5；所述半导体激光器1的输出端与所述偏振控制器2的输入端相连接，所述偏振控制器2的输出端连接至1x2光纤耦合器3的输入端，所述1x2光纤耦合器3的第一输出端通过掺铒光纤放大器6连接至所述光环形器4的红色端口，所述1x2光纤耦合器3的第二输出端通过衰减器7连接光反射器件5的输入端，所述1x2光纤耦合器3的第一输出端与第二输出端的分光比大于等于一，所述光环形器4的蓝色端口连接有啁啾光纤光栅8，所述光环形器4的白色端口作为混沌信号的输出终端。

本发明所述的一种无时延特征的宽带混沌产生装置的工作过程为：半导体激光器1输出的光依次经过偏振控制器2、1x2光纤耦合器3，所述1x2光纤耦合器3的第二输出端输出的光经过衰减器7到达光反射器件5，经光反射器件5反馈后按原路返回进入半导体激光器1中，产生混沌信号；1x2光纤耦合器3的第一输出端输出的光经过掺铒光纤放大器6对信号进行放大，放大后的信号经光环形器4的红色端口输入，经蓝色端口输出到啁啾光纤光栅8中，经啁啾光纤光栅8反射后从光环形器4的白色端口输出，输出信号即为频谱平坦带宽大，时延特征被消除的混沌信号；通过调节半导体激光器1的温度控制器来控制混沌信号的波长，从而实现混沌信号波长与啁啾光纤光栅8反射谱的波长相匹配，从而产生频谱平坦带宽大，无时延特征的混沌信号。

进一步的，作为本发明所述的一种无时延特征的宽带混沌产生装置的具体实施方式，所述1x2光纤耦合器3的第一输出端与第二输出端的分光比为80：20。在这个分光比下产生的混沌信号频谱平坦带宽大以及无时延特征的效果最好。

进一步的，作为本发明所述的一种无时延特征的宽带混沌产生装置的具体实施方式，所述光反射器件5为镜面或光栅。镜面和光栅都起到了反射的作用。

进一步的，作为本发明所述的一种无时延特征的宽带混沌产生装置的具体实施方式，所述光反射器件5替换为第二半导体激光器。当反射器件5替换为第二半导体激光器后，就能够通过光注入或者互注入来产生混沌光信号。

进一步的，作为本发明所述的一种无时延特征的宽带混沌产生装置的具体实施方式，所述啁啾光纤光栅8的色散为2000ps/nm。本发明产生宽带无时延特征的关键是基于啁啾光纤光栅8色散引起的非线性作用。啁啾光纤光栅8色散值越大，效果越好，2000ps/nm是效果较好时的最小色散。考虑到色散值大的啁啾光纤光栅8制作工艺较复杂，所以取2000ps/nm作为本发明中采用的值。理论上，色散值大于等于2000ps/nm都可以达到本发明中的效果。

图2（a）是通过光反馈产生的混沌信号的频谱。图中弛豫振荡频率约为5ghz，0~5ghz范围内的频谱能量低，80%能量带宽约为5.6ghz。图2（b）的自相关曲线中，在时延120ns处出现明显的时延特征，时延特征峰值约为0.2。图3（a）是采用本发明的装置产生的信号的频谱。图中低频能量被提高，弛豫振荡特征被消除，频谱带宽提高至16ghz，频谱变平坦，平坦度为±2.26db。图3（b）的自相关曲线中，120ns处的时延特征被消除。所以本发明能够产生无时延特征的宽带混沌信号。

以上具体结构和尺寸数据是对本发明的较佳实施例进行了具体说明，但本发明创造并不限于所述实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可做出种种的等同变形或替换，这些等同的变形或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。