CN106654855B - 一种基于硅光子微腔的光混沌产生装置 - Google Patents

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Abstract

本发明基于硅光子微腔的光混沌产生装置，包括可调谐激光器、掺铒光纤放大器EDFA、光纤偏振控制器FPC、光隔离器OI、偏振光片、硅光子微腔和光电探测器PD，本发明基于硅光子微腔的光混沌产生装置的有益效果是以硅光子微腔器件产生混沌，使其可以完全CMOS集成，制造成本低，适合大规模批量生产；且具有更小的模式体积和更高的品质因子，拥有高的局域能量密度；具有较好的控光性能，有利于对光进行直接操作处理；能够实现低阈值的工作，完全集成，实际稳定性强。

Description

一种基于硅光子微腔的光混沌产生装置
技术领域
本发明涉及光电信息科学领域，特别涉及到一种基于硅光子微腔的光混沌产生装置。
背景技术
光混沌作为混沌理论的一个分支，涵盖了混沌同步保密通信、高性能的光探测和测距，超速物理随机数生成等领域，发展得十分迅速，现有技术光混沌产生的方法大都是利用半导体激光器产生混沌，存在着半导体激光器不可与CMOS集成、不能大批量生产和成本较高等问题。
发明内容
本发明的目的在于提出一种可与CMOS集成、能大批量生产且成本较低的光混沌产生装置，从硅光子微腔内获取光混沌的方法，在以硅光子微腔中的Drude离子体和光学振荡耦合为基础，确立了系统进入光混沌的具体演化路径。并对其包括耦合振荡，双光子吸收，自由载流子，热光动力学等相关物理机制耦合过程进行了刻画。
本发明基于硅光子微腔的光混沌产生装置，包括可调谐激光器、掺铒光纤放大器EDFA、光纤偏振控制器FPC、光隔离器OI、偏振光片POL、硅光子微腔Chip和光电探测器PD；
所述可调谐激光器、掺铒光纤放大器、光纤偏振控制器、光隔离器Ⅰ、偏振光片、硅光子微腔、光隔离器Ⅱ和光电探测器依次连接；并且，在偏振光片和硅光子微腔的前后分别设置有透镜和显微物镜；可调谐激光器输出的光经过掺铒光纤放大器放大增强后，经过光纤偏振控制器偏振调控，然后，再通过光隔离器Ⅰ和透镜耦合注入硅光子微腔中；从硅光子微腔输出的光，经过显微物镜的收集，通过光隔离器Ⅱ后注入到光电探测器中；其中，所述硅光子微腔是指在硅光子晶体由缺陷引入的微腔以及若干引入光的波导构成的硅光子微腔器件，能产生双光子吸收和耦合振荡效应；所述双光子吸收是指在硅光子微腔中，腔内约束光场在腔体表面通过双光子吸收过程产生热量并激发出自由载流子的过程；所述耦合振荡效应是指在双光子吸收、自由载流子和热光效应的作用下，注入光子、微腔Q值、耦合波导和频率失谐量与微腔内光场之间形成了耦合振荡。
进一步的，所述可调谐激光器的型号为SantecTSL-510C。
本发明基于硅光子微腔的光混沌产生装置的有益效果是以硅光子微腔器件产生混沌，使其可以完全CMOS集成，制造成本低，适合大规模批量生产；且具有更小的模式体积和更高的品质因子，拥有高的局域能量密度；具有较好的控光性能，有利于对光进行直接操作处理；能够实现低阈值的工作，完全集成，实际稳定性强。
附图说明
附图1为一种基于硅光子微腔的光混沌产生装置的结构示意图。
附图2为硅光子微腔的耦合机制示意图。
附图3为硅光子微腔内的振荡起始阶段示意图。
附图4为硅光子微腔内的自脉动阶段示意图。
附图5为硅光子微腔内的光混沌振荡示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明一种基于硅光子微腔的光混沌产生装置作进一步的说明。
附图1为一种基于硅光子微腔的光混沌产生装置的结构示意图，由图可知，本发明基于硅光子微腔的光混沌产生装置，包括可调谐激光器（SantecTSL-510C）、掺铒光纤放大器（EDFA）、光纤偏振控制器（FPC）、光隔离器Ⅰ（OI）、偏振光片（POL）、硅光子微腔（Chip）和光电探测器（PD）。
可调谐激光器（SantecTSL-510C）、掺铒光纤放大器（EDFA）、光纤偏振控制器（FPC）、光隔离器Ⅰ（OI）、偏振光片（POL）、硅光子微腔（Chip）、光隔离器Ⅱ（OI）和光电探测器（PD）依次连接；并且，在偏振光片（POL）和硅光子微腔（Chip）的前后分别设置有透镜和显微物镜；可调谐激光器（SantecTSL-510C）产生不同波长的激光，输出的光经过掺铒光纤放大器（EDFA）直接将光信号进行放大增强后，经过光纤偏振控制器(FPC)将光转变为线偏振光的偏振调控，然后再通过光隔离器Ⅰ（OI）和透镜，耦合注入硅光子微腔中。从硅光子微腔输出的光，经过显微物镜的收集，通过光隔离器Ⅱ（OI）后，注入到光电探测器（PD）中，将光信号转变成电信号，所获得的信号被存储示波器和电子频谱分析仪(Agilent N9000A)记录和分析；光隔离器Ⅱ（OI）确保了光的单向传输，可以防止外界的光对硅光子微腔的干扰，也可以防止硅光子微腔端面反射的光反向耦合进入可调谐激光器中构成干扰。其中，硅光子微腔是指在硅光子晶体由缺陷引入的微腔以及若干引入光的波导构成的硅光子微腔器件，能产生双光子吸收和耦合振荡效应，双光子吸收是指在硅光子微腔中，腔内约束光场在腔体表面通过双光子吸收过程产生热量并激发出自由载流子的过程，耦合振荡效应是指在双光子吸收、自由载流子和热光效应的作用下，注入光子、微腔Q值、耦合波导和频率失谐量与微腔内光场之间形成了耦合振荡。
附图2为硅光子微腔的耦合机制示意图，由图可知，本发明硅光子微腔的耦合机制为：在硅光子微腔中，腔内约束光场在光子晶体腔体的表面会通过双光子吸收过程产生热量和激发出自由载流子。其中，双光子吸收过程还会直接引起硅光子微腔Q值的改变。所述微腔Q值是衡量微腔质量的一个指标。微腔Q值越高，也就越容易产生混沌。而自由载流子会进一步导致自由载流子吸收和自由载流子散射。自由载流子吸收会影响硅光子微腔Q值的改变。而自由载流子散射也会进一步影响微腔的频率失谐量。而之前双光子吸收过程产生的热也会通过热光效应直接改变硅光子微腔的频率失谐量。于是，注入光子、耦合波导、微腔Q值、微腔频率失谐量与腔内光场之间具有了复杂的耦合关系，这种复杂的耦合机制就给混沌的存在提供足够的自由度空间，从而在合适的光驱动作用下导致了混沌振荡的产生。
具体实施例1
附图3为当注入光波长为1573.6nm时，硅光子微腔内的振荡起始阶段的输出结果。由图可知，从图中可见时间序列的起伏基本处于背景噪声水平，而相图轨迹基本龟缩于一点，在频谱图上有微弱的信号出现在120MHz附近，这一列结果说明此时硅光子微腔处于振荡的起始阶段。
具体实施例2
附图4为当注入光波长为1573.8nm时，硅光子微腔内出现的自脉动情况。从左图中可见，时间序列出现一些自发的脉动，这些脉动会突然的偏离平衡点然后迅速的塌缩回平衡点。相图显示，系统大部分时候围绕平衡点振荡。偶尔的突发回经过大约2个周期的振荡回归平衡点。进一步的频谱测量显示系统有了120MHz的振荡峰外，在0-40MHz附近出现了强烈的低频振荡。这个低频振荡对应的就是自脉动信号。这个结果说明硅光子微腔已经在向更复杂的混沌态过渡。
具体实施例3
附图5为当注入光波长为1575.1nm时，微腔内出现的光混沌振荡现象。首先系统的时间序列出现一些复杂的非周期的振荡。这些振荡的相轨迹不再重复，而是不断的围绕吸引子中心进行延展和拉伸。而进一步的频谱测量则显示测试的信号频谱是连续从低频段一直覆盖到测量的截止点200MH处。这些时域和频域的测试结果均明确的说明了光混沌的产生。
显然，本发明基于硅光子微腔的光混沌产生装置以硅光子微腔器件产生混沌，使其可以完全CMOS集成，制造成本低，适合大规模批量生产；且具有更小的模式体积和更高的品质因子，拥有高的局域能量密度；具有较好的控光性能，有利于对光进行直接操作处理；能够实现低阈值的工作，完全集成，实际稳定性强。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种基于硅光子微腔的光混沌产生装置，包括可调谐激光器、掺铒光纤放大器EDFA、光纤偏振控制器FPC、光隔离器OI、偏振光片POL、硅光子微腔Chip和光电探测器PD；
所述可调谐激光器、掺铒光纤放大器、光纤偏振控制器、光隔离器Ⅰ、偏振光片、硅光子微腔、光隔离器Ⅱ和光电探测器依次连接；并且，在偏振光片和硅光子微腔的前后分别设置有透镜和显微物镜；可调谐激光器输出的光经过掺铒光纤放大器放大增强后，经过光纤偏振控制器偏振调控，然后，再通过光隔离器Ⅰ和透镜耦合注入硅光子微腔中；从硅光子微腔输出的光，经过显微物镜的收集，通过光隔离器Ⅱ后注入到光电探测器中；其中，所述硅光子微腔是指在硅光子晶体由缺陷引入的微腔以及若干引入光的波导构成的硅光子微腔器件，能产生双光子吸收和耦合振荡效应；所述双光子吸收是指在硅光子微腔中，腔内约束光场在腔体表面通过双光子吸收过程产生热量并激发出自由载流子的过程；所述耦合振荡效应是指在双光子吸收、自由载流子和热光效应的作用下，注入光子、微腔Q值、耦合波导和频率失谐量与微腔内光场之间形成了耦合振荡。
2.根据权利要求1所述的一种基于硅光子微腔的光混沌产生装置，其特征在于，所述可调谐激光器的型号为Santec TSL-510C。
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