CN111900603B - 一种可实现百瓦级混沌激光输出的混沌激光光源装置 - Google Patents

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Abstract

本发明属于混沌激光光源技术领域，公开了一种可实现百瓦级混沌激光输出的混沌激光光源装置，包括混沌种子光、光隔离器、拉曼激光器、2×1光耦合器、单模光纤、布拉格光纤光栅；其中，拉曼激光器、2×1光耦合器、单模光纤和布拉格光纤光栅组成随机光纤激光器；所述混沌种子光与光隔离器的输入端连接，光隔离器的输出端与2×1光耦合器的第一输入端连接，拉曼激光器的输出端与2×1光耦合器的第二输入端连接，2×1光耦合器的输出端与单模光纤的一端连接，单模光纤的另一端与布拉格光纤光栅的一端连接，布拉格光纤光栅的另一端用于输出混沌激光。本发明可以实现百瓦级的混沌激光输出，大大扩展了混沌激光的应用领域。

Description

一种可实现百瓦级混沌激光输出的混沌激光光源装置
技术领域
本发明属于混沌激光光源技术领域，具体为一种可实现百瓦级混沌激光输出的混沌激光光源装置。
背景技术
混沌激光具有类噪声的宽谱特征，隐蔽性极高，广泛应用于保密通信、高速随机数产生、激光测距、光纤网络故障检测等领域。但是其输出功率一般很小，仅有毫瓦量级，很大程度上限制了其应用发展。目前，最常见的用于光源放大的装置为掺铒光纤放大器（EDFA），可放大30 nm带宽的信号光，输出功率为10mW~20W，但是由于受到铒离子的增益饱和影响，很难进一步放大混沌光信号。此外，由于放大自发辐射和非线性效应的影响，EDFA输出信号光的信噪比较低。
基于此，有必要对现有技术中的混沌激光器进行改进，以获得大功率输出的混沌激光光源。
发明内容
本发明克服现有技术存在的不足，所要解决的技术问题为：提供一种可实现百瓦级混沌激光输出的混沌激光光源装置。
为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：一种可实现百瓦级混沌激光输出的混沌激光光源装置，包括混沌种子光、光隔离器、拉曼激光器、2×1光耦合器、单模光纤和布拉格光纤光栅；
其中，拉曼激光器、2×1光耦合器、单模光纤和布拉格光纤光栅组成随机光纤激光器；所述拉曼激光器用于输出百瓦量级的泵浦光；
所述混沌种子光与光隔离器的输入端连接，光隔离器的输出端与2×1光耦合器的第一输入端连接，拉曼激光器的输出端与2×1光耦合器的第二输入端连接，2×1光耦合器的输出端与单模光纤的一端连接，单模光纤的另一端与布拉格光纤光栅的一端连接，布拉格光纤光栅的另一端用于输出混沌激光。
所述拉曼激光器的中心波长比种子光中心波长小90~110nm；
所述单模光纤的长度为14~16km；
所述布拉格光纤光栅的中心反射波长与拉曼激光器的中心波长相同。
所述拉曼激光器的中心波长比种子光中心波长小100nm；
所述单模光纤的长度为15km；
所述布拉格光纤光栅的中心反射波长与拉曼激光器的中心波长相同。
所述布拉格光纤光栅靠近所述单模光纤的一端的反射率为95%。
所述混沌种子光的中心波长为为1550 nm，拉曼激光器的中心波长为1450nm，单模光纤的长为15 km，布拉格光纤光栅的中心反射波长为1450nm，其靠近所述单模光纤的一端的反射率为95%。
与现有混沌激光光源相比，本发明提供一种可实现百瓦级混沌激光输出的混沌激光光源装置具有以下显著优点：
1.本发明采用了随机光纤激光器结构，随机激光器输出功率高，可对种子进行有效光放大，得到百瓦量级光源。
2.本发明采用了随机光纤激光器结构放大种子光，相比EDFA受铒离子饱和影响，可极大提高信噪比，同时可提高泵浦光转换效率。
综上所述，本发明提供了一种可实现百瓦级混沌激光输出的混沌激光光源装置，可实现百瓦量级混沌激光光源输出。
附图说明
图1为本发明实施例提供的一种可实现百瓦级混沌激光输出的混沌激光光源装置的结构示意图。
图中：1-种子光、2-光隔离器、3-拉曼激光器、4-2×1光耦合器、5-单模光纤、6-布拉格光纤光栅。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例；基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1所述，本发明实施例提供了一种可实现百瓦级混沌激光输出的混沌激光光源装置，包括：混沌种子光1、光隔离器2、拉曼激光器3、2×1光耦合器4、单模光纤5和布拉格光纤光栅6；其中，拉曼激光器3、2×1光耦合器4、单模光纤5和布拉格光纤光栅6组成随机光纤激光器，所述拉曼激光器（3）用于输出百瓦量级的泵浦光；所述混沌种子光1与光隔离器2的输入端连接，光隔离器2的输出端与2×1光耦合器4的第一输入端连接，拉曼激光器3的输出端与2×1光耦合器4的第二输入端连接，2×1光耦合器4的输出端与单模光纤5的一端连接，单模光纤5的另一端与布拉格光纤光栅6的一端连接，布拉格光纤光栅6的另一端用于输出混沌激光。
具体地，本实施例中，所述拉曼激光器3的中心波长比种子光中心波长小90~110nm；所述单模光纤5的长度为14~16km；所述布拉格光纤光栅6的中心反射波长与拉曼激光器3的中心波长相同，且所述布拉格光纤光栅6靠近所述单模光纤5的一端的反射率为95%。
根据受激拉曼散射理论，有如下关系式：
Figure DEST_PATH_IMAGE002
其中，E（ω p ，z）, E（ω s ，z）分别表示拉曼激光器3输出光的强度（泵浦光强度）和拉曼激光器3输出的泵浦光与种子光1的强度之间的差值（即斯托克斯光强度）；ω p ，ω s 分别表示泵浦光频率和斯托克斯光频率；n p ，n s 分别表示泵浦光对应的折射率和斯托克斯光对应的折射率；z表示光纤长度；χ（ω s ）表示极化率；λ表示波长；g表示增益；i表示虚数；整个式子实部反映相位变化，虚部反映强度变化。
Figure DEST_PATH_IMAGE003
表示介电常数：c表示光速；
Figure DEST_PATH_IMAGE004
表示光波的频率宽度；
Figure DEST_PATH_IMAGE005
表示任一光的频率；
Figure DEST_PATH_IMAGE006
表示光波的波长宽度。联立计算式（1）~（5），得到：拉曼激光器3中心波长比种子光中心波长小100 nm为最优解。
根据光纤中的光传播理论，有：
Figure DEST_PATH_IMAGE007
其中，P（z）表示沿着光纤光功率的变化；P 0 表示输入光纤的功率；α p 表示输入光纤光功率的衰减；z表示光纤的长度；α表示整个光纤造成的衰减。联立（4）、（6）、（7），考虑最后实现输出百瓦级混沌光，计算得到：单模光纤5长为z=15 km。
具体地，本发明实施例中，信号微弱（仅有毫瓦量级）的种子光1通过光隔离器2、2×1光耦合器4进入单模光纤5，中心波长比种子光小100 nm的拉曼激光器3输出的光作为泵浦光通过2×1光耦合器4进入单模光纤5，拉曼激光器3输出的泵浦光的功率大小为百瓦量级；在拉曼激光器3、2×1光耦合器4、单模光纤5和布拉格光纤光栅6组成的随机光纤激光器中，混沌的种子光信号在泵浦光的作用下，被随机光纤激光器放大。放大的混沌光向右向单模光纤5的一端段传输时，布拉格光纤光栅6的中心反射波长与泵浦光的波长相同，则经过布拉格光纤光栅6时，由于布拉格光纤光栅6对泵浦光波长有95%的反射，则其中的泵浦光的95%均反射回单模光纤5，在随机光纤激光器中再次对光信号进行放大，通过随机光纤激光器的不停反馈和放大，最终得到百瓦级混沌激光光源，百瓦级混沌光透过布拉格光纤光栅6输出。
下面以混沌种子光为1550 nm混沌光为具体实施例进行说明：
混沌种子光1中心波长为1550 nm，拉曼激光器3中心波长为1450nm，单模光纤长15km，布拉格光纤光栅6的中心反射波长为1450 nm，反射率为95%。
信号微弱仅有毫瓦量级的中心波长为1550 nm的混沌种子光通过光隔离器2、2×1光耦合器4进入单模光纤5，中心波长为1450 nm拉曼激光器3输出的光作为泵浦光通过2×1光耦合器4进入单模光纤5，泵浦光的输出功率为百瓦量级，混沌种子光信号被随机光纤激光器放大。放大的光向右传输经过中心反射波长为1450 nm的布拉格光纤光栅6时，其中的剩余泵浦光中的95%均被反射回单模光纤5，在随机激光器中再次对光信号放大，最终得到百瓦级混沌激光光源，波长为1550nm的百瓦级混沌光透过布拉格光纤光栅6输出。
综上所示，本发明提供了一种可实现百瓦级混沌激光输出的混沌激光光源装置，通过将混沌的种子光注入随机光纤激光器中，利用拉曼激光器3发出的泵浦光，对混沌信号进行光放大，得到了百瓦级的混沌激光输出，大大扩展了混沌激光的应用领域。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (5)

1.一种可实现百瓦级混沌激光输出的混沌激光光源装置，其特征在于，包括混沌种子光（1）、光隔离器（2）、拉曼激光器（3）、2×1光耦合器（4）、单模光纤（5）和布拉格光纤光栅（6）；
其中，拉曼激光器（3）、2×1光耦合器（4）、单模光纤（5）和布拉格光纤光栅（6）组成随机光纤激光器；所述拉曼激光器（3）用于输出百瓦量级的泵浦光；
所述混沌种子光（1）与光隔离器（2）的输入端连接，光隔离器（2）的输出端与2×1光耦合器（4）的第一输入端连接，拉曼激光器（3）的输出端与2×1光耦合器（4）的第二输入端连接，2×1光耦合器（4）的输出端与单模光纤（5）的一端连接，单模光纤（5）的另一端与布拉格光纤光栅（6）的一端连接，布拉格光纤光栅（6）的另一端用于输出混沌激光，所述布拉格光纤光栅（6）的中心反射波长与拉曼激光器（3）的中心波长相同。
2.根据权利要求1所述的一种可实现百瓦级混沌激光输出的混沌激光光源装置，其特征在于，所述拉曼激光器（3）的中心波长比种子光中心波长小90~110nm；
所述单模光纤（5）的长度为14~16km。
3.根据权利要求1所述的一种可实现百瓦级混沌激光输出的混沌激光光源装置，其特征在于，所述拉曼激光器（3）的中心波长比种子光中心波长小100nm；
所述单模光纤（5）的长度为15km。
4.根据权利要求1所述的一种可实现百瓦级混沌激光输出的混沌激光光源装置，其特征在于，所述布拉格光纤光栅（6）靠近所述单模光纤（5）的一端的反射率为95%。
5.根据权利要求1所述的一种可实现百瓦级混沌激光输出的混沌激光光源装置，其特征在于，所述混沌种子光（1）的中心波长为为1550 nm，拉曼激光器（3）的中心波长为1450nm，单模光纤（5）的长为15 km，布拉格光纤光栅（6）的中心反射波长为1450nm，其靠近所述单模光纤（5）的一端的反射率为95%。
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