一种产生宽带混沌激光的装置的制作方法

本发明属于光通信技术领域，更为具体地讲，涉及一种产生宽带混沌激光的装置。

背景技术：

混沌激光在保密光通信、高速物理随机数产生以及高分辨率抗干扰雷达探测等领域具有重要的应用。将宽带大幅度的混沌激光作为掩藏信息的载波，再利用混沌同步进行信息解调，可以实现高速信息的加密通信；混沌激光因其高带宽、大幅度的类噪声特性，被用作新一代物理熵源以解决物理随机数实时生成速率不足的问题；利用宽带混沌激光作为信号源构建雷达系统，可有效提高目标探测的距离分辨率。

外腔半导体激光器由于结构简单、操作方便、易于集成等优点，成为混沌激光产生与应用最常见的光源。

然而，经过深入研究后，学者们发现外腔半导体激光器产生的混沌激光存在一些缺陷:(1)外腔半导体激光器具有明显的弛豫振荡,从功率谱上观察,混沌激光的主要能量集中于弛豫振荡频率附近,因此限制了功率谱的有效带宽和平坦度；(2)由于外腔谐振的存在，导致产生的混沌信号自相关曲线在外腔周期处出现明显的相关峰,这种特征被称为时延标签；这些缺陷的存在限制了实际的应用。

在保密通信中，弛豫振荡导致混沌激光带宽仅为数ghz，这种有限的带宽将限制混沌光通信的传输速率；同时时延特征泄露了外腔长度,导致截获方能利用这一关键结构信息重构混沌载波信号,进而破解传输的信息,削弱了通信系统的安全性。在物理随机数产生中,有限的熵源带宽限制了产生的物理随机数的速率；时延特征恶化了0、1比特的随机性与均衡比,需要利用复杂的后续处理进行优化。在雷达探测方面,有限的带宽限制了混沌激光探测距离分辨率的提升；时延特征也降低了雷达系统的安全性与抗干扰能力。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种产生宽带混沌激光的装置，能同时产生两路互不相关的高宽带混沌信号，具有的平坦的功率谱与高复杂度,并且能有效的抑制时延标签。

为实现上述发明目的，本发明一种产生宽带混沌激光的装置，其特征在于，包括：

第一混沌激光源，包括：半导体激光器sl、光纤耦合器fc、可调光纤延时线dl、光环形器oc、光纤反射镜m和可调光衰减器voa；

其中，半导体激光器sl产生激光信号，先由第一光纤耦合器fc分为两路，其中一路激光信号直接输入至可调光延迟线dl，经过可调光延迟线dl的延迟处理后再通过第一可调光衰减器voa进行衰减，最后由光纤反射镜m反射，返回至半导体激光器sl，从而形成反馈光回路；另一路激光信号再由第二光纤耦合器fc分为两路，其中一路激光信号经过光环形器oc控制光传输方向，并由光环形器oc的第二端口输入并由第三端口输出，输出的光信号经过第一光电探测器pd转换为电域混沌信信号，并作为第一混沌激光源输出的宽带混沌激光；而另一路激光信号直接输入至第二混沌激光源；

第二混沌激光源，包括：连续波长激光器cw、相位调制器pm、光纤耦合器fc、可调光衰减器voa、射频放大器rf、光电探测器pd和色散模块dm；

第二光纤耦合器fc输出的激光信号输入至第二混沌激光源后，依次经过第二可调光衰减器voa的衰减、通过第三光电探测器pd转换为电域混沌信号和由射频放大器rf进行幅度放大后，作为相位调制器pm的射频输入信号；连续波长激光器cw产生激光信号并输入至相位调制器pm，在pm中被射频输入端接收的射频输入信号进行相位调制，从而输出调制光信号；调制光信号通过第三光纤耦合器fc分为两路，其中一路激光信号经过第三可调光衰减器voa的衰减后注入至第一混沌激光源，通过光环形器oc控制光信号传输方向，并由光环形器oc的第一端口输入由第二端口输出，然后注入至半导体激光器sl中；另一路激光信号经过色散模块dm的非线性效应，实现相位调制到强度调制的转换，再通过第二光电探测器pd转换为电域混沌信号，并作为第二混沌激光源输出的宽带混沌激光。

本发明的发明目的是这样实现的：

本发明一种产生宽带混沌激光的装置，通过混沌激光源1输出的混沌激光被分为两路：一路经过光电探测器转换为电域混沌信号，再经过射频放大器放大后作为混沌激光源2中相位调制器的射频输入；另一路作为混沌激光源1最终产生的宽带混沌激光；混沌激光源2中相位调制器输出光信号也被分为两路：一路注入至混沌激光源1中的半导体激光器；另一路在经过一个色散模块后，作为混沌激光源2最终产生的宽带混沌激光。

同时，本发明一种产生宽带混沌激光的装置还具有以下有益效果：

(1)、本发明能同时产生两路拥有高带宽、频谱平坦度高的混沌激光信号；

(2)、本发明能有效消除由外腔反馈引起的时延特征；

(3)、本发明产生的两路宽带混沌之间不相关；

(4)、本发明应用于保密通信中，能提高传输速率和混沌载波的安全性；应用于随机数中，作为随机数发生器的物理熵源，能提升产生随机数的速率，并且不需要复杂的后处理方法来消除时延特征的影响；此外本发明能提升雷达探测的距离分辨率，同时时延特征的消除提高了雷达系统的安全性与抗干扰能力。

附图说明

图1是本发明一种产生宽带混沌激光的装置一种具体实施方式架构图；

图2是混沌激光源1和混沌激光源2输出宽带混沌信号的时域波形及功率谱；

图3是混沌激光源1和混沌激光源2输出信号的自相关曲线和互相关曲线。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式进行描述，以便本领域的技术人员更好地理解本发明。需要特别提醒注意的是，在以下的描述中，当已知功能和设计的详细描述也许会淡化本发明的主要内容时，这些描述在这里将被忽略。

实施例

图1是本发明一种产生宽带混沌激光的装置一种具体实施方式架构图。

在本实施例中，如图1所示，本发明一种产生宽带混沌激光的装置，包括：

混沌激光源1，包括：半导体激光器sl、光纤耦合器fc、可调光纤延时线dl、光环形器oc、光纤反射镜m和可调光衰减器voa；在本实施例中，半导体激光器sl选用分布反馈激光器dfb或垂直腔面发射激光器vcsel；

其中，半导体激光器sl产生激光信号，先由光纤耦合器fc1分为两路，其中一路激光信号直接输入至可调光延迟线dl，经过可调光延迟线dl的延迟处理后再通过可调光衰减器voa1进行衰减，最后由光纤反射镜m反射，返回至半导体激光器sl，从而形成反馈光回路；光纤耦合器fc1分出的另一路激光信号再由光纤耦合器fc2分为两路，其中一路激光信号经过光环形器oc控制光传输方向，并由oc的端口2输入由端口3输出，输出的光信号经过光电探测器pd1转换为电域混沌信号，并作为混沌激光源1输出的宽带混沌激光；光纤耦合器fc2分出的另一路激光信号直接输入至混沌激光源2；

混沌激光源2，包括：连续波长激光器cw、相位调制器pm、光纤耦合器fc、可调光衰减器voa、射频放大器rf、光电探测器pd和色散模块dm；在本实施例中，相位调制器pm选用电光相位调制器或马赫-曾德尔mz调制器；色散模块dm选用单模光纤或色散补偿光纤或色散光栅；色散模块dm也可以替换为延时干涉仪或光滤波器或sagnac干涉仪。

光纤耦合器fc2输出的激光信号输入至混沌激光源2后，依次经过可调光衰减器voa2的衰减、通过光电探测器pd3转换为电域混沌信号，再由射频放大器rf进行幅度放大后，作为相位调制器pm的射频输入信号；连续波长激光器cw产生激光信号并输入至相位调制器pm，在pm中被射频输入端接收的射频输入信号进行相位调制，从而输出调制光信号；调制光信号通过光纤耦合器fc3分为两路，其中一路激光信号经过可调光衰减器voa3的衰减后注入至混沌激光源1，通过oc控制光信号传输方向，并由oc的端口1输入由端口2输出，然后注入至sl中；光纤耦合器fc3分出的另一路激光信号经过色散模块dm的非线性效应，实现相位调制到强度调制的转换，再通过光电探测器pd2转换为电域混沌信号，并作为混沌激光源2输出的宽带混沌激光。

图2是混沌激光源1和混沌激光源2输出宽带混沌信号的时域波形及功率谱。

在本实施例中，如图2所示，第一排(a)、(b)两幅图为传统ecsl产生的混沌信号，第二排(c)、(d)两幅图为混沌激光源1输出信号的时域波形及功率谱，第三排(e)、(f)两幅图为混沌激光源2输出信号的时域波形及功率谱；从图上可以看到，两个混沌源产生的混沌信号均拥有高带宽及平坦的功率谱。对于传统ecsl产生的混沌信号，由于主要的频率成分集中在弛豫震荡频率附近，有效带宽通常只有几ghz，而通过本发明提出的方案，功率谱明显被展宽，两路输出信号有效带宽均超过24ghz。此外，这里结果中的有效带宽主要受限于实验中电子器件(光电探测器、同轴电缆及示波器)的带宽。因此，当使用带宽更高的电子器件，实际混沌信号的带宽会更宽。

图3是传统ecsl、混沌激光源1和混沌激光源2输出信号的自相关曲线和互相关曲线。

在本实施例中，如图3(a)、(b)、(c)分别是传统ecsl、混沌激光源1和混沌激光源2输出信号的自相关曲线，图3(d)是两个混沌源之间的互相关曲线；我们采用自相关函数(acf)来展示时延标签消除的结果。对于传统ecsl产生的混沌信号，自相关曲线在反馈延时处会出现明显的相关峰，而通过本发明提出的方案，外腔反馈的时延特征被有效的消除，在自相关曲线上看不到明显的相关峰。此外，我们展示了两个输出混沌信号之间的互相关曲线，可以看到，互相关曲线上看不到明显的相关峰，表明两个混沌信号之间没有相关性。

尽管上面对本发明说明性的具体实施方式进行了描述，以便于本技术领域的技术人员理解本发明，但应该清楚，本发明不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。