CN115000789A - 一种超宽带光纤混沌激光器 - Google Patents

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韩道福
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Abstract

本发明涉及一种超宽带光纤混沌激光器。本发明通过调节第二泵浦源中的能量能够精确调控输出的混沌激光信号，随着泵浦功率的增大，混沌激光信号带宽会大幅度扩展，进而达到以最小的代价得到最大的混沌带宽的目的，并且，本发明通过设置第一泵浦源、第一波分复用器、第一光传输组件、第一光耦合器、第二波分复用器、第二泵浦源、第二光传输组件和第二光耦合器等这一简单结构，就可以实现混沌激光信号的调节，大大节约了成本。

Description

一种超宽带光纤混沌激光器
技术领域
本发明涉及激光器领域，特别是涉及一种超宽带光纤混沌激光器。
背景技术
因混沌激光带宽的大小会很大的影响对应应用所带来的效果，比如：混沌激光带宽的大小会影响混沌保密通信的容量以及传输速率等，所以，混沌带宽的研究成为本领域的一个研究热点。
在现有的研究中，为了得到理想的混沌带宽，采用了多种方式，例如，采用三个激光器互相注入的方案来提高混沌带宽。现有的方案虽然得到了较好的结果，但是其均存在成本高、结构复杂、稳定性差等问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种成本低廉、结构简单的超宽带光纤混沌激光器，以能够实现混沌激光信号的精确调控的同时，提高稳定性。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
一种超宽带光纤混沌激光器，包括：第一泵浦源、第一波分复用器、第一光传输组件、第一光耦合器、第二波分复用器、第二泵浦源、第二光传输组件和第二光耦合器；
所述第一泵浦源的输出端与所述第一波分复用器的第一输入端连接；所述第一波分复用器的输出端与所述第一光传输组件的输入端连接；所述第一光传输组件的输出端与所述第一光耦合器的输入端连接；所述第一光耦合器的第一输出端与所述第二光耦合器的第一输入端连接；所述第一光耦合器的第二输出端与所述第二波分复用器的第一输入端连接；所述第二波分复用器的第二输入端与所述第二泵浦源的输出端连接；所述第二波分复用器的输出端与所述第二光传输组件的输入端连接；所述第二光传输组件的输出端与所述第二光耦合器的第二输入端连接；所述第二光耦合器的第一输出端与所述第一波分复用器的第二输入端连接；所述第二光耦合器的第二输出端用于输出混沌激光信号。
优选地，所述第一光传输组件包括按光路传输方向依次连接的第一掺铒光纤、相移光纤光栅和偏振控制器。
优选地，所述第二光传输组件包括按光路传输方向依次连接的第二掺铒光纤和单模光纤。
优选地，所述单模光纤的长度为5100米。
优选地，还包括混沌激光信号检测组件；
所述混沌激光信号检测组件的信号输入端与所述第二光耦合器的第二输出端连接；所述混沌激光信号检测组件的信号输出端输出所述混沌激光信号的频率信息和带宽信息。
优选地，所述混沌激光信号检测组件包括：光探测器和电频谱分析仪；
所述光探测器的输入端与所述第二光耦合器的第二输出端连接；所述光探测器的输出端与所述电频谱分析仪连接。
优选地，所述第一泵浦源、所述第一波分复用器、所述第一光传输组件、所述第一光耦合器和所述第二光耦合器形成第一光传输环。
优选地，所述第一光耦合器、所述第二波分复用器、所述第二泵浦源、所述第二光传输组件和所述第二光耦合器形成第二光传输环。
根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：
本发明提供的超宽带光纤混沌激光器，通过调节第二泵浦源中的能量能够精确调控输出的混沌激光信号，随着泵浦功率的增大，混沌激光信号带宽会大幅度扩展，进而达到以最小的代价得到最大的混沌带宽的目的，并且，本发明通过设置第一泵浦源、第一波分复用器、第一光传输组件、第一光耦合器、第二波分复用器、第二泵浦源、第二光传输组件和第二光耦合器等这一简单结构，就可以实现混沌激光信号的调节，大大节约了成本。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明提供的超宽带光纤混沌激光器的结构示意图。
符号说明：
1-第一泵浦源、2-第一波分复用器，3-第一掺铒光纤，4-相移光纤光栅，5-偏振控制器，6-第一光耦合器，7-第二波分复用器，8-第二泵浦源，9-第二掺铒光纤，10-单模光纤，11-第二光耦合器，12-光探测器，13-电频谱分析仪。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，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。
本发明的目的是提供一种成本低廉、结构简单的超宽带光纤混沌激光器，以能够实现混沌激光信号的精确调控的同时，提高稳定性。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
如图1所示，本发明提供的超宽带光纤混沌激光器，包括：第一泵浦源1、第一波分复用器2、第一光传输组件、第一光耦合器6、第二波分复用器7、第二泵浦源8、第二光传输组件和第二光耦合器11。
第一泵浦源1的输出端与第一波分复用器2的第一输入端连接。第一波分复用器2的输出端与第一光传输组件的输入端连接。第一光传输组件的输出端与第一光耦合器6的输入端连接。第一光耦合器6的第一输出端与第二光耦合器11的第一输入端连接。第一光耦合器6的第二输出端与第二波分复用器7的第一输入端连接。第二波分复用器7的第二输入端与第二泵浦源8的输出端连接。第二波分复用器7的输出端与第二光传输组件的输入端连接。第二光传输组件的输出端与第二光耦合器11的第二输入端连接。第二光耦合器11的第一输出端与第一波分复用器2的第二输入端连接。第二光耦合器11的第二输出端用于输出混沌激光信号。
基于上述结构设置，第一泵浦源1、第一波分复用器2、第一光传输组件、第一光耦合器6和第二光耦合器11形成第一光传输环(即环形a)。环形a是指是一个稳定的可调谐的掺铒光纤激光器。
第一光耦合器6、第二波分复用器7、第二泵浦源8、第二光传输组件和第二光耦合器11形成第二光传输环(即环形b)。
其中，第一光传输组件包括按光路传输方向依次连接的第一掺铒光纤3、相移光纤光栅4和偏振控制器5。
第二光传输组件包括按光路传输方向依次连接的第二掺铒光纤9和单模光纤10。单模光纤10的长度优选为5100米。
为了能够对生成的混沌激光信号进行精确检测，本发明上述提供的超宽带光纤混沌激光器还包括混沌激光信号检测组件。
混沌激光信号检测组件的信号输入端与第二光耦合器11的第二输出端连接。混沌激光信号检测组件的信号输出端输出混沌激光信号的频率信息和带宽信息。
例如，混沌激光信号检测组件可以设置为包括有光探测器12和电频谱分析仪13的信号检测装置。
其中，光探测器12的输入端与第二光耦合器11的第二输出端连接。光探测器12的输出端与电频谱分析仪13连接。
下面提供一个具体实施例对上述提供的超宽带光纤混沌激光器的具体工作原理和优点进行说明，在实际实施过程中，下述采用的各器件信号不作为本发明所提供技术方案的唯一限定。
第一泵浦源1选用980nm的泵浦激光器作为种子源，其输出光入射至型号为980/1550-FBT的第一波分复用器2，然后，光通过第一掺铒光纤3、型号为PS-FBG的连接相移光纤光栅4的环形器、偏振控制器5输入至第一光耦合器6，第一光耦合器6将光分为两部分，第一部分为40％，第二部分为60％。60％的光进入第二光耦合器11，在第二光耦合器11的作用下，90％的光反馈到第一波分复用器2中。至此，第一泵浦源1、第一波分复用器2、第一掺铒光纤3、连接相移光纤光栅4、偏振控制器5、第一光耦合器6，形成一个环形a，组建成一个稳定的可调谐的掺铒光纤激光器。在这一掺铒光纤激光器中，第一泵浦源1提供能量，第一光传输环组成掺铒光纤激光器的谐振腔，掺铒光纤起到增益放大的作用，而相移光纤光栅4起到选模以及调控激光的作用。
然后，第一光耦合器6发出的40％的光进入第二波分复用器7、第二掺铒光纤9和一定长度的单模光纤10后，进入自第二光耦合器11，另外第二泵浦源8(980nm的泵浦激光器)将激光输入至第二波分复用器7。第一光耦合器6、第二波分复用器7、第二掺铒光纤9、单模光纤10、第二光耦合器11和第二泵浦源8组成另一个激光传输环—环形b。接着，第二光耦合器11分离的10％的光被光电探测器(型号为XPDV2120RA)转换成电信号，电信号由电频谱分析仪13(型号为N9010A)观察。
在环形b中，本实施例利用光反馈使激光器进入混沌，并且，在光信号经过单模光纤后，会受到单模光纤的非线性效应的影响，从而光信号的相位会受到很大影响，发生变化，反应到电信号就是其混沌激光带宽发生变化。而单模光纤的非线性效应还受到光路中能量大小的影响，随着能量的增大，会导致单模光纤中的非线性效应的显著提升，从而极大的提高混沌激光带宽。第二泵浦源能够为光反馈回路提高额外的能量，因此，通过调控第二泵浦源的输出能量，能够很好的控制输出的混沌激光带宽，起到调控带宽的作用。
另外，在该实施例中得到的混沌激光信号的频率范围大于44GHz，标准带宽大于33.4GHz。
基于此，本发明利用泵浦源、环形器、光纤光栅等器件搭建了一个双环系统，构成了一个超宽带光纤混沌激光器，该超宽带光纤混沌激光器可以通过调节泵浦源的输出功率，对混沌信号带宽进行调控，并且随着泵浦源的输出功率的增大，混沌激光信号带宽会大幅度展宽，进而能够说明本发明能以很小的代价得到很大的混沌带宽，大大的节约了成本，并且结构简单。同时混沌激光信号由于光反馈带来的时间延迟也能够得到很好地抑制，在混沌保密通信、随机数生成、激光雷达等方面有很大的前景。
此外，本发明通过形成环形a，相当于利用简单器材搭建了一个稳定的激光器。而环形b结构中增加了一个泵浦源、一段掺铒光纤以及一段特定长度的单模光纤，增加的泵浦源和掺铒光纤的作用就是为了给经过长光纤的混沌信号提供更加充足的能量，使光纤中的非线性效应的提升更加显著，而非线性效应的提升，会加大光信号的相位调制，转化成频谱图就是极大的增加其混沌带宽。另外，环形b结构还给带来了一个光反馈，在产生混沌信号的过程中，光反馈结构会更加简单，应用更加广泛。
但光反馈会带来一个缺点就是会使系统出现一个延迟时间，延迟时间会导致信号容易被他人获取，但是在本发明中，当通过第二泵浦源注入较大能量时，光信号受光纤的非线性效应的影响非常大，从而干扰了延迟时间，使延迟时间得到了有效抑制，进而使得本发明提供的超宽带光纤混沌激光器在混沌保密通信、随机数生成等领域有很大的应用前景。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (8)

1.一种超宽带光纤混沌激光器，其特征在于，包括：第一泵浦源、第一波分复用器、第一光传输组件、第一光耦合器、第二波分复用器、第二泵浦源、第二光传输组件和第二光耦合器；
所述第一泵浦源的输出端与所述第一波分复用器的第一输入端连接；所述第一波分复用器的输出端与所述第一光传输组件的输入端连接；所述第一光传输组件的输出端与所述第一光耦合器的输入端连接；所述第一光耦合器的第一输出端与所述第二光耦合器的第一输入端连接；所述第一光耦合器的第二输出端与所述第二波分复用器的第一输入端连接；所述第二波分复用器的第二输入端与所述第二泵浦源的输出端连接；所述第二波分复用器的输出端与所述第二光传输组件的输入端连接；所述第二光传输组件的输出端与所述第二光耦合器的第二输入端连接；所述第二光耦合器的第一输出端与所述第一波分复用器的第二输入端连接；所述第二光耦合器的第二输出端用于输出混沌激光信号。
2.根据权利要求1所述的超宽带光纤混沌激光器，其特征在于，所述第一光传输组件包括按光路传输方向依次连接的第一掺铒光纤、相移光纤光栅和偏振控制器。
3.根据权利要求1所述的超宽带光纤混沌激光器，其特征在于，所述第二光传输组件包括按光路传输方向依次连接的第二掺铒光纤和单模光纤。
4.根据权利要求1所述的超宽带光纤混沌激光器，其特征在于，所述单模光纤的长度为5100米。
5.根据权利要求1所述的超宽带光纤混沌激光器，其特征在于，还包括混沌激光信号检测组件；
所述混沌激光信号检测组件的信号输入端与所述第二光耦合器的第二输出端连接；所述混沌激光信号检测组件的信号输出端输出所述混沌激光信号的频率信息和带宽信息。
6.根据权利要求5所述的超宽带光纤混沌激光器，其特征在于，所述混沌激光信号检测组件包括：光探测器和电频谱分析仪；
所述光探测器的输入端与所述第二光耦合器的第二输出端连接；所述光探测器的输出端与所述电频谱分析仪连接。
7.根据权利要求1所述的超宽带光纤混沌激光器，其特征在于，所述第一泵浦源、所述第一波分复用器、所述第一光传输组件、所述第一光耦合器和所述第二光耦合器形成第一光传输环。
8.根据权利要求1所述的超宽带光纤混沌激光器，其特征在于，所述第一光耦合器、所述第二波分复用器、所述第二泵浦源、所述第二光传输组件和所述第二光耦合器形成第二光传输环。
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