CN107086904B - 中心波长可调谐的宽带混沌信号发生装置 - Google Patents

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Abstract

本发明一种中心波长可调谐的宽带混沌信号发生装置。本发明中心波长可调谐的宽带混沌信号发生装置包括：弱谐振腔法布里‑珀罗激光器WRC‑FPLD的输出首先经过一个第一光环形器OC1，然后被第一光纤耦合器FC1分为两部分，一部分经参铒光纤放大器EDFA放大后被可调谐光纤布拉格光栅TFBG反射，反射光依次经过偏振控制器PC、可调衰减器VA、第二光纤耦合器FC2和第一光环形器OC1后又被反馈回弱谐振腔法布里‑珀罗激光器WRC‑FPLD腔内；另一部分的输出则进入探测系统，所述探测系统包括一个光电探测器PD,一个电谱分析仪和一个光谱分析仪，偏振控制器PC用于控制反馈光的偏振态，可变衰减器VA用于调整反馈光的反馈功率，光功率计PM用于检测反馈光的光功率。

Description

中心波长可调谐的宽带混沌信号发生装置
技术领域
本发明涉及一种中心波长可调谐的宽带混沌信号发生装置。
背景技术
基于半导体激光器产生的光混沌信号因其在高速随机数产生，光混沌雷达以及光混沌保密通信等方面的应用而受到广泛的关注。尤其在光混沌保密通信中，半导体激光器产生的光混沌信号由于能较好的和现有光纤网络兼容以及较高的安全性激发了国内外学者的研究热情。在光混沌保密通信中，类似于噪声的光混沌信号在发射端被作为混沌载波来加载所需要传输的信号，而在接收端基于混沌同步的原理被减去，再进行滤波处理后即可恢复原来传输的信号。将类似噪声的光混沌信号作为光载波，可以有效地隐藏被传输的实际信号，而基于混沌同步的解调方式，也进一步提高了光混沌保密通信的安全性。为了提高光混沌保密通信的数据传输速率和安全性，目前的方法是寻找混沌带宽更大，动力学复杂度更高的混沌信号来作为混沌载波。
近年来，波分复用(Wavelength Division Multiplex,WDM)结构也被进入了光混沌保密通信系统中。Zhang等理论研究了波分复用混沌光通信(COC)和传统的光纤通信(CFOC)系统，讨论了COC系统和CFOC系统的内部信道串扰问题。通过引入两个混沌光注入多模半导体激光器，Jiang等理论研究了安全性增强的WDM光混沌保密通信系统。此外，相关的实验研究也相继被报道。Paul等通过使用两个外腔反馈半导体激光器产生两路混沌载波，实验证实了双信道的混沌保密通信的可行性。Matsuura等实验研究了在两对单路耦合的Nd:YVO4激光器组成的波分复用系统并成功地实现了双路光混沌保密通信。Argyris等通过使用一个分布式反馈半导体激光器(DFB-SL)和两个集成半导体激光器作为发射端，实验研究了一个基于密集波分复用(DWDM)结构的光混沌保密通信系统，并成功地实现了1.25Gb/s信号的加密传输。通常，对于一个WDM光混沌保密通信系统而言，人们希望混沌载波的中心波长是可大范围调谐的。然而，目前常见的商用DFB激光器或者垂直腔面发射激光器(VCSELs)的中心波长只能同过调节偏置电流或者激光器的问题在较小的波长范围内调谐。并且用作混沌载波的混沌信号的带宽也是一个提高光混沌保密通信信号传输速率的关键因素。
发明内容
本发明的目的是提供一种在波分复用WDM系统中，一定波长范围内能够容纳的信道数更多地中心波长可调谐的宽带混沌信号发生装置。
为达到上述发明目的，本发明中心波长可调谐的宽带混沌信号发生装置，利用光纤布拉格光栅作为弱谐振腔法布里-珀罗激光器的外腔，来产生中心波长可调谐的宽带光混沌信号；
弱谐振腔法布里-珀罗激光器WRC-FPLD的输出首先经过一个第一光环形器OC1，输入第一光纤耦合器FC1，然后经参铒光纤放大器EDFA放大后被可调谐光纤布拉格光栅TFBG反射，反射光依次经过偏振控制器PC、可调衰减器VA、第二光纤耦合器FC2和第一光环形器OC1后又被反馈回弱谐振腔法布里-珀罗激光器WRC-FPLD腔内；
其中，弱谐振腔法布里-珀罗激光器WRC-FPLD的偏置电流和温度由一个超低噪声和高温度精确度的激光驱动源所控制。
进一步地，弱谐振腔法布里-珀罗激光器WRC-FPLD的温度固定在20.02°C，偏置电流I固定为35mA。
进一步地，可调谐光纤布拉格光栅TFBG的参数：可调谐波长范围1544.00nm～1556.00nm,3dB带宽:0.28nm。
进一步地，还包括第一光环形器OC1输出的光经过第一光纤耦合器FC1分为两部分，一部分经参铒光纤放大器EDFA放大后被可调谐光纤布拉格光栅TFBG反射，另一部分的输出则进入探测系统，所述探测系统包括一个光电探测器PD,一个电谱分析仪和一个光谱分析仪，偏振控制器PC用于控制反馈光的偏振态，可变衰减器VA用于调整反馈光的反馈功率，光功率计PM用于检测反馈光的光功率。
本发明中心波长可调谐的宽带混沌信号发生装置相对于现有技术的优点。
利用FBG外腔弱谐振腔法布里-珀罗激光器(WRC-FPLD)来产生中心波长可调谐的宽带光混沌信号。和传统的FP激光器相比，WRC-FPLD的前端面镀有增透膜，因此它的前端面反射率比普通FP激光器更低，通常在1％到30％，因此WRC-FPLD具有更宽的增益谱。同时，由于WRC-FPLD的腔长比传统的FP激光器器更长，达到约600μm，所以WRC-FPLD的纵模间隔更小，这就意味着在WDM系统中，一定波长范围内能够容纳的信道数更多。
附图说明
图1是利用本发明中心波长可调谐的宽带混沌信号发生装置实施例验证试验电路示意图；
图2自由运行时弱谐振腔法布里-珀罗激光器WRC-FPLD的PI曲线和当偏置电流I＝35mA时的光谱分布；
图3在FBG可调范围内的WRC-FPLD每个纵模的光谱(a)，每个纵模能够达到的最大混沌带宽(b)和达到最大混沌带宽时所对应的反馈功率。
具体实施方式
本发明利用FBG外腔弱谐振腔法布里-珀罗激光器(WRC-FPLD)来产生中心波长可调谐的宽带光混沌信号。和传统的FP激光器相比，WRC-FPLD的前端面镀有增透膜，因此它的前端面反射率比普通FP激光器更低，通常在1％到30％，因此WRC-FPLD具有更宽的增益谱。同时，由于WRC-FPLD的腔长比传统的FP激光器器更长，达到约600μm，所以WRC-FPLD的纵模间隔更小，这就意味着在WDM系统中，一定波长范围内能够容纳的信道数更多。利用了一个中心波长可调谐的FBG来作为WRC-FPLD的外腔，并提供分布式光反馈。由于FBG的反射具有波长选择性，当调节FBG的中心波长在可调谐范围内变化时，每个对应的WRC-FPLD的纵模都能进入混沌态，同时该混沌输出的中心波长可以较大范围地调谐。
实施例
本实施例中心波长可调谐的宽带混沌信号发生装置，通过试验电路进行效果进行试验验证，具体地FBG外腔WRC-FPLD的实验装置示意图如图1所示，在本次实验中，使用了一个带尾纤的弱谐振腔法布里-珀罗激光器(WRC-FPLD)，其偏置电流和温度由一个超低噪声和高温度精确度的激光驱动源(ILX-Lightwave,LDC-3724B)所控制。弱谐振腔法布里-珀罗激光器WRC-FPLD的输出首先经过一个光环形器(OC1)，然后被光纤耦合器FC1分为两部分，一部分经EDFA放大后被可调谐FBG反射，TFBG的参数是(可调谐波长范围(1544.00nm～1556.00nm,3dB带宽:0.28nm)反射光经过偏振控制器PC，可调衰减器VA，光纤耦合器FC2和OC1后又被反馈回WRC-FPLD腔内。另一部分的输出则进入探测系统，它包括一个光电探测器(PD,U2T-XPDV3120R,70GHz带宽)，一个电谱分析仪(ESA,
Figure GDA0004144253710000041
FSW,67GHz dk)和一个光谱分析仪(OSA,Ando AQ6317C)。偏振控制器PC用于控制反馈光的偏振态，可变衰减器VA用于调整反馈光的反馈功率，光功率计PM用于检测反馈光的光功率。在整个实验中弱谐振腔法布里-珀罗激光器WRC-FPLD的温度固定在20.02℃，偏置电流I固定为35mA。
图2给出了WRC-FPLD在自由运行时的一些基本特性。在图2(a)中是记录的WRC-FPLD的PI曲线。该WRC-FPLD的阈值电流Ith约为27.80mA。随着偏置电流I的增加，WRC-FPLD的输出功率呈现一种线性增加的趋势，当偏置电流I为35mA时，此时WRC-FPLD的输出功率为0.43mW。图2(b)记录了该电流下的光谱分布情况，如图所示在波长1510.00nm–1570.00nm这60nm的范围内，WRC-FPLD均有增益，并且包含了超过100个纵模，它们的模式间隔约为0.56nm。主激射模的波长为1540.09nm，能量为-14.26dBm。由于FBG的可调谐范围是1544.00nm～1556.00nm，所以主要观察该范围内WRC-FPLD的纵模在TFBG反馈下的非线性动力学特性。
为了说明FBG外腔反馈结构对WRC-FPLD纵模输出混沌信号带宽的影响。对FBG可调谐范围内WRC-FPLD的每个纵模输出混沌信号的带宽分别进行了研究。图3给出了该范围内WRC-FPLD每个纵模的光谱，每个纵模能够达到的最大混沌带宽和达到最大混沌带宽时所对应的反馈功率。如图所示，在图3(a)中，当WRC-FPLD自由运行时，在FBG的可调谐范围1544.00nm到1556.00nm内，包含了20个WRC-FPLD的纵模。它们的能量不尽相同，这是因为WRC-FPLD的腔体结构因素和腔内对各模式的增益存在差异。在图3(b)中，可以观察到该调谐范围内所有WRC-FPLD纵模输出的混沌带宽都能够达到30GHz水平。然而在图3(c)中可以发现，对于不同WRC-FPLD的纵模，当它们的输出达到最大混沌带宽时所需要的反馈功率也不相同。这是由于不同模式的增益差别所导致的。因此，要实现每个模式都达到最大混沌带宽输出，需要较精确的控制反馈功率。
实验证实了利用可调谐FBG作为WRC-FPLD的外腔，可以产生混沌带宽高达约30GHz且中心波长可调谐的宽带混沌信号。结果表明，通过调节FBG的中心波长和选择合适的反馈功率，多达20个FBG外腔WRC-FPLD的纵模可以分别进入混沌态，并且带宽达到30GHz。虽然FBG的可调谐范围只有约10nm，但是通过以上的实验结果可以预计，如果采用可调谐范围更大的FBG作为WRC-FPLD的外腔，可以使更多WRC-FPLD的纵模进入混沌态，并且使混沌信号的中心波长可以在更大的调谐范围内调节。我们希望该工作能够对多信道高速率光混沌保密通信系统的完善提供帮助。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，并不用于限制本发明，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本发明的保护范围。

Claims (1)

1.一种中心波长可调谐的宽带混沌信号发生装置，其特征在于，利用光纤布拉格光栅作为弱谐振腔法布里-珀罗激光器的外腔，来产生中心波长可调谐的宽带光混沌信号；
弱谐振腔法布里-珀罗激光器WRC-FPLD的输出首先经过一个第一光环形器OC1，输入第一光纤耦合器FC1，然后经参铒光纤放大器EDFA放大后被可调谐光纤布拉格光栅TFBG反射，反射光依次经过偏振控制器PC、可调衰减器VA、第二光纤耦合器FC2和第一光环形器OC1后又被反馈回弱谐振腔法布里-珀罗激光器WRC-FPLD腔内；
其中，弱谐振腔法布里-珀罗激光器WRC-FPLD的偏置电流和温度由一个超低噪声和高温度精确度的激光驱动源所控制；
弱谐振腔法布里-珀罗激光器WRC-FPLD的温度固定在20.02℃，偏置电流I固定为35mA；
可调谐光纤布拉格光栅TFBG的参数：可调谐波长范围1544.00nm～1556.00nm,3dB带宽:0.28nm；
还包括第一光环形器OC1输出的光经过第一光纤耦合器FC1分为两部分，一部分经参铒光纤放大器EDFA放大后被可调谐光纤布拉格光栅TFBG反射，另一部分的输出则进入探测系统，所述探测系统包括一个光电探测器PD,一个电谱分析仪和一个光谱分析仪，偏振控制器PC用于控制反馈光的偏振态，可变衰减器VA用于调整反馈光的反馈功率，光功率计PM用于检测反馈光的光功率。
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