本发明属于混沌激光，具体是一种基于双路径光注入的宽带低时延混沌激光产生装置及方法，适用于光通信、传感、信息安全等领域。
背景技术：
1、混沌激光作为一种新型的激光技术，产生的复杂混沌光束具有更高的能量和更宽的光谱范围等特性。近年来，混沌激光技术取得了长足的发展，并在许多领域得到了广泛应用。例如，混沌激光可以用于光学通信、光学计算、光学感测以及高速随机数生成等领域。半导体激光器凭借其制作成本低廉、占用空间小、易于受到外部干扰等优势，成为了产生混沌激光的首选光源。利用半导体激光器产生混沌激光的主要方式有光反馈、光注入和光电反馈等。但是由于半导体激光器自身的弛豫振荡影响和混沌产生方法的限制，导致其产生的混沌激光带宽仅有几ghz并伴有周期性振荡信号。混沌信号的窄带宽、弱周期性严重限制了其应用和工业化，比如混沌载波极大地限制了信息的传输速率，不能满足高速光纤通信的需求；弱周期性可以为窃听者提供提取关键参数的机会，对安全保密特性造成了极大的隐患。还会制约随机数的码率、随机性、影响高速随机数生成器中随机比特序列的统计性能以及混沌雷达和光纤传感系统的空间分辨率等。
2、针对以上问题，研究者们提出了各种产生宽带低时延混沌激光的方法。已经证明，可以采用随机光反馈、级联光注入和互注入等方法实现混沌激光的带宽增强和时延抑制。然而，上述方案只可以在局限的参数范围内实现混沌激光的特性。在大多数情况下，光注入产生混沌激光的功率谱不平坦，低频成分的能量低，这些都导致混沌激光的利用效率有所降低。此外，光注入方法容易导致主从激光器进入注入锁定的状态。
3、一些研究者们倾向于采用容易产生混沌激光的新颖光反馈方法来提高带宽。2020年，chang等人利用受光反馈作用的离散模激光器获得了平坦的宽带混沌激光(opticalexpress,2020,28(26):39076-39082)；2020年,中国电子科技大学江宁等人证明了半导体激光器在平行耦合环形谐振器的反馈下也可以产生宽带混沌(optical express,2020,28(2):1999-2009)。2022年，太原理工大学的王安帮等人提出了半导体激光器在带阻光反馈下产生时延特征抑制的混沌激光(ieee photonics journal,2022,14(2))。2022年，robbe等人证明了相位控制双光反馈的半导体激光器产生混沌时延特征抑制的混沌激光(opticscontinuum,2022,1(10):2127-2134)。但以上方案实验装置复杂，产生的混沌激光带宽有限，时延特征抑制不明显，并且可利用的参数范围比较局限。
技术实现思路
1、本发明旨在解决现有光反馈结构产生的混沌激光带宽窄、时延特征明显的问题，提出一种基于双路径光注入的宽带低时延混沌激光产生装置及方法，以提高混沌激光的带宽和时延性能。
2、为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：一种基于双路径光注入的宽带低时延混沌激光产生装置，包括：第一激光器、第一导光器件、第一分束器、光带通滤波器、第一偏振控制器、第一衰减控制器，第二分束器、第二衰减控制器、第二衰减控制器、合束器、第二导光器件、第二偏振控制器和第二激光器；
3、所述第一激光器输出的激光经第一导光器件后，被第一分束器分为两束后分别作为注入光和反馈光，反馈光依次经光带通滤波器、第一偏振控制器、第一衰减控制器、第一导光器件后返回第一激光器使其输出混沌激光；注入光经第二分束器分为两束，两束注入光分别经第二衰减控制器和第三衰减控制器后入射到合束器，经合束器后的两束光合并到一起，并依次经第二导光器件、第二偏振控制器后注入到第二激光器使其产生混沌激光，所述第二激光器产生的混沌激光依次经所述第二偏振控制器和第二导光器件后输出。
4、所述的一种基于双路径光注入的宽带低时延混沌激光产生装置，还包括光放大器，所述光放大器设置在第一分束器与光带通滤波器之间，用于将经第一分束器输出的反馈光放大。
5、所述第一导光器件和第二导光器件为光环形器，所述第一导光器件的第一端口与第一激光器的输出端连接，第二端口与第一分束器的输入端连接，第三端口与第一衰减控制器的输出端连接；第二导光器件的第一端口与合束器的输出端连接，第二端口与第二偏振控制器连接，第三端口作为混沌激光输出端口。
6、所述第一导光器件的第一端口通过单模光纤跳线与第一激光器的输出端连接，第二端口通过单模光纤跳线与第一分束器的输入端连接，第三端口通过单模光纤跳线与第一衰减控制器的输出端连接；
7、所述第一分束器、光放大器、可调谐光带通滤波器、第一偏振控制器和第一衰减控制器之间通过单模光纤跳线连接，第一分束器、第二分束器、第二衰减控制器、第三衰减控制器、合束器、第二导光器件和第二偏振控制器之间通过单模光纤跳线连接。
8、所述第一导光器件和第二导光器件为45°分光片。
9、所述第一分束器、第二分束器、合束器均为1×2光纤耦合器。
10、所述光带通滤波器为可调谐光带通滤波器，用于调节反馈光的频率失谐量。
11、此外，本发明还提供了一种基于双路径光注入的宽带低时延混沌激光产生方法，基于所述的一种基于双路径光注入的宽带低时延混沌激光产生装置实现，包括以下步骤：
12、s1：通过第一偏振控制器和第一衰减控制器分别控制反馈光的偏振状态和强度，使所述第一激光器输出混沌激光；
13、s2：通过第二衰减控制器或第三衰减控制器调节对应注入光的强度，同时，调节注入光相对于第二激光器的频率失谐量，进而调节所述第二激光器输出的混沌激光的带宽和时延。
14、所述步骤s2中，通过调节第二激光器的温度，来调节注入光相对于第二激光器的频率失谐量。
15、所述注入光相对于第二激光器的频率失谐量介于-33.0ghz和9.0ghz之间。
16、本发明与现有技术相比具有以下有益效果：
17、1、本发明提出了一种基于双路径光注入的宽带低时延混沌激光产生装置及方法，通过在第一激光器的反馈路接入可调谐光滤波器，利用激光器主模式和滤波模式的拍频效应使第一激光器产生带宽增强的混沌激光，再利用非对称双路径光注入结构，通过非对称双路径将其注入第二激光器，非对称双路光注入构成一个非平衡的马赫曾德尔干涉仪，光反馈结构产生的混沌激光经过延时自干涉之后时延特征抑制，低频成分能量抬升，带宽增强。因此，本发明利用两个激光器模式的拍频效应和混沌滤波效应进一步增强了混沌激光的带宽以及抑制时延特征。
18、2、与传统光反馈、光注入结构相比，本发明在反馈路中接入光放大器，构成有源光反馈，可以使得反馈强度增大到激光器自身输出的数倍，随着反馈强度的增大，混沌激光的频谱得到展宽；在注入光路设置衰减控制器形成非对称光注入路径，使得不同强度的混沌信号相互耦合，混沌激光的时延特征得到抑制。
19、3、本发明最终可以产生标准带宽为36.3ghz、时延特征次峰为0.031的宽带低时延混沌激光，并且可以在大的参数范围内实现宽带低时延的混沌激光。这是现有技术中的光反馈结构难以实现的，因此，本发明可以使混沌激光带宽得到拓展，时延特征抑制，设计合理，具有很好的推广应用价值。