一种直接判别混沌光场光子统计特性的系统及方法技术方案

本发明专利技术涉及混沌光场的判别技术，具体是一种直接判别混沌光场光子统计特性的系统及方法。本发明专利技术解决了现有混沌光场的判别方法缺少对混沌光场高阶相干性及单光子水平上光子统计特性的分析，同时无法准确地将混沌光场和其它光场进行有效判别区分的问题。一种直接判别混沌光场光子统计特性的系统包括混沌光产生装置、相干光产生装置、热光产生装置、准单光子产生装置、探测装置；所述混沌光产生装置包括第一激光器、偏振控制器、光纤环形器、80:20的光纤耦合器、可变衰减器、光纤耦合输出器、第一光纤耦合输入器、第一空间滤波器、第一光纤声光调制器、第一压控振荡器、第一任意波形发生器、第一射频开关、第一功率放大器。本发明专利技术适用于混沌光场的判别。

System and method for directly identifying photon statistical characteristics of chaotic light field

The invention relates to a discrimination technique of a chaotic light field, in particular to a system and method for directly identifying the photon statistical characteristics of a chaotic light field. The invention solves the discrimination method of the existing chaotic light field is lack of statistical analysis on chaotic characteristics of photonic optical field of high order coherence and single photon level, and cannot accurately chaotic light field and other light field effectively discriminate the problem. A direct identification of chaotic photon statistical properties of chaotic system includes a light generating device, coherent light generating device, optical device, quasi single photon generation device, detection device; the chaotic light generating device includes a first laser, polarization controller, fiber circulator, 80:20 fiber coupler, variable attenuator, fiber coupling output first, the first optical fiber coupling input device, a spatial filter, the first optical fiber acousto-optic modulator, a first voltage controlled oscillator, the arbitrary waveform generator, the first RF switch, a first power amplifier. The invention is applicable to the discrimination of chaotic light fields.

【技术实现步骤摘要】
一种直接判别混沌光场光子统计特性的系统及方法
本专利技术涉及混沌光场的判别技术，具体是一种直接判别混沌光场光子统计特性的系统及方法。
技术介绍
混沌作为光反馈半导体激光器典型的非线性动力学现象，一直是人们关注的热点。目前发现通向混沌的道路有倍周期分岔道路、准周期混沌、阵发混沌等。近年来，混沌的实用性引起人们的关注，并在一系列领域得到广泛研究，如混沌通信、混沌激光测距等。混沌维度的高低直接影响到信号的保密程度及混沌激光测距的精度。同时，半导体激光器的相干性也直接影响到其在光学测量领域中的应用。因此混沌光场的判别就显得尤为重要。目前，混沌光场的判别主要有以下几种方法：一、分叉图观测法：该方法通过对比分析和综合以确定解的分岔和混沌现象，增加激光器的一个参数值（反馈强度），混沌光场的时序图历经周期性震荡、准周期震荡进入混沌震荡，这种从一种震荡状态转变为另一种震荡状态的现象称为分叉。因为分叉现象只出现在确定性系统中，所以可以通过拟合观察光场的分叉图来确定确定性混沌光场。二、频谱密度分析法：根据Fourier分析可知，非周期的信号在频率空间中对应的是连续谱线，这是因为在混沌运动中，轨道“访问”了各个混沌带的平均周期，通过观察混沌信号的频谱来分析判别混沌光场，混沌信号的频谱图有一定的周期震荡元素，而噪声信号并没有这个特点[参见文献A.Uchida,"OpticalCommunicationwithChaoticLasers",Wiley-VCH,2012.]。三、Lyapunov指数法：对于混沌识别，早在1989年，Stringerflq便提出了计算系统的Iyapunov指数与关联维来判别。因为混沌的一个条件是存在一个或多个正的Lyapunov指数，李雅普诺夫指数小于零，则意味着相邻点最终要靠拢合并成一点，这对应于稳定的不动点和周期运动；若指数大于零，则意味着相邻点最终要分离，这对应于轨道的局部不稳定，如果轨道还有整体的稳定因素(如整体有界、耗散、存在捕捉区域等)，则在此作用下反复折叠并形成混沌吸引子。指数越大，说明混沌特性越明显，混沌程度越高；以上方法需要确定分岔点和普适常数需要对频谱、周期性、分叉图等多方面的信息进行分析，才能将混沌和噪声进行区分。但是并不能得到光场关联、相干性等方面的更多信息。综上所述，现有混沌光场的判别方法缺少对混沌光场高阶相干性及单光子水平上光子统计特性的分析，同时无法准确地将混沌光场和其它光场进行有效判别区分，甚至受探测器死时间和光强的限制，难以完成高精度和强度的测量。基于此，有必要专利技术一种全新的混沌光场判别技术，以解决现有混沌光场的判别方法存在的上述问题。
技术实现思路
本专利技术为了解决现有混沌光场的判别方法缺少对混沌光场高阶相干性及单光子水平上光子统计特性的分析，同时无法准确地将混沌光场和其它光场进行有效判别区分的问题，提供了一种直接判别混沌光场光子统计特性的系统及方法。本专利技术是采用如下技术方案实现的：一种直接判别混沌光场光子统计特性的系统，包括混沌光产生装置、相干光产生装置、热光产生装置、准单光子产生装置、探测装置；所述混沌光产生装置包括第一激光器、偏振控制器、光纤环形器、80:20的光纤耦合器、可变衰减器、光纤耦合输出器、第一光纤耦合输入器、第一空间滤波器、第一光纤声光调制器、第一压控振荡器、第一任意波形发生器、第一射频开关、第一功率放大器；第一激光器的出射端与偏振控制器的入射端连接；偏振控制器的出射端与光纤环形器的入射端连接；光纤环形器的出射端与80:20的光纤耦合器的入射端连接；80:20的光纤耦合器的第一个出射端与可变衰减器的入射端连接；80:20的光纤耦合器的第二个出射端与光纤耦合输出器的入射端连接；可变衰减器的出射端与光纤环形器的反射端连接；光纤耦合输出器的出射端与第一光纤耦合输入器的入射端连接；第一光纤耦合输入器的出射端与第一空间滤波器的入射端连接；第一空间滤波器的出射端与第一光纤声光调制器的入射端连接；第一压控振荡器的信号输出端和第一任意波形发生器的信号输出端均与第一射频开关的信号输入端连接；第一射频开关的信号输出端与第一功率放大器的信号输入端连接；第一功率放大器的信号输出端与第一光纤声光调制器的信号输入端连接；所述相干光产生装置包括第二激光器、第二光纤耦合输入器、第二空间滤波器、第二光纤声光调制器、第二压控振荡器、第二任意波形发生器、第二射频开关、第二功率放大器；第二激光器的出射端与第二光纤耦合输入器的入射端连接；第二光纤耦合输入器的出射端与第二空间滤波器的入射端连接；第二空间滤波器的出射端与第二光纤声光调制器的入射端连接；第二压控振荡器的信号输出端和第二任意波形发生器的信号输出端均与第二射频开关的信号输入端连接；第二射频开关的信号输出端与第二功率放大器的信号输入端连接；第二功率放大器的信号输出端与第二光纤声光调制器的信号输入端连接；所述热光产生装置包括第三激光器、第三光纤耦合输入器、第三空间滤波器、第三光纤声光调制器、第一光纤衰减器、凸透镜、旋转的毛玻璃、小孔光阑、第三压控振荡器、第三任意波形发生器、第三射频开关、第三功率放大器；第三激光器的出射端与第三光纤耦合输入器的入射端连接；第三光纤耦合输入器的出射端与第三空间滤波器的入射端连接；第三空间滤波器的出射端与第三光纤声光调制器的入射端连接；第三光纤声光调制器的出射端与第一光纤衰减器的入射端连接；第一光纤衰减器的出射端与凸透镜的入射端连接；凸透镜的出射端与旋转的毛玻璃的入射端连接；旋转的毛玻璃的出射端与小孔光阑的入射端连接；第三压控振荡器的信号输出端和第三任意波形发生器的信号输出端均与第三射频开关的信号输入端连接；第三射频开关的信号输出端与第三功率放大器的信号输入端连接；第三功率放大器的信号输出端与第三光纤声光调制器的信号输入端连接；所述准单光子产生装置包括第四激光器、第四光纤耦合输入器、第四空间滤波器、第四光纤声光调制器、第二光纤衰减器、第四压控振荡器、第四任意波形发生器、第四射频开关、第四功率放大器；第四激光器的出射端与第四光纤耦合输入器的入射端连接；第四光纤耦合输入器的出射端与第四空间滤波器的入射端连接；第四空间滤波器的出射端与第四光纤声光调制器的入射端连接；第四光纤声光调制器的出射端与第二光纤衰减器的入射端连接；第四压控振荡器的信号输出端和第四任意波形发生器的信号输出端均与第四射频开关的信号输入端连接；第四射频开关的信号输出端与第四功率放大器的信号输入端连接；第四功率放大器的信号输出端与第四光纤声光调制器的信号输入端连接；所述探测装置包括滤光片、50:50的非偏振分束器、双通道单光子探测器的第一通道、双通道单光子探测器的第二通道、数据采集分析系统；第一光纤声光调制器的出射端、第二光纤声光调制器的出射端、小孔光阑的出射端、第二光纤衰减器的出射端均与滤光片的入射端连接；滤光片的出射端与50:50的非偏振分束器的入射端连接；50:50的非偏振分束器的两个出射端分别与双通道单光子探测器的第一通道的入射端和双通道单光子探测器的第二通道的入射端连接；双通道单光子探测器的第一通道的信号输出端和双通道单光子探测器的第二通道的信号输出端均与数据采集分析系统的信号输入端连接。一种直接判别混沌光场光子统计特性的方法（该方法本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种直接判别混沌光场光子统计特性的系统，其特征在于：包括混沌光产生装置、相干光产生装置、热光产生装置、准单光子产生装置、探测装置；所述混沌光产生装置包括第一激光器（1a）、偏振控制器（2）、光纤环形器（3）、80:20的光纤耦合器（4）、可变衰减器（5）、光纤耦合输出器（6）、第一光纤耦合输入器（7a）、第一空间滤波器（8a）、第一光纤声光调制器（9a）、第一压控振荡器（19a）、第一任意波形发生器（20a）、第一射频开关（21a）、第一功率放大器（22a）；第一激光器（1a）的出射端与偏振控制器（2）的入射端连接；偏振控制器（2）的出射端与光纤环形器（3）的入射端连接；光纤环形器（3）的出射端与80:20的光纤耦合器（4）的入射端连接；80:20的光纤耦合器（4）的第一个出射端与可变衰减器（5）的入射端连接；80:20的光纤耦合器（4）的第二个出射端与光纤耦合输出器（6）的入射端连接；可变衰减器（5）的出射端与光纤环形器（3）的反射端连接；光纤耦合输出器（6）的出射端与第一光纤耦合输入器（7a）的入射端连接；第一光纤耦合输入器（7a）的出射端与第一空间滤波器（8a）的入射端连接；第一空间滤波器（8a）的出射端与第一光纤声光调制器（9a）的入射端连接；第一压控振荡器（19a）的信号输出端和第一任意波形发生器（20a）的信号输出端均与第一射频开关（21a）的信号输入端连接；第一射频开关（21a）的信号输出端与第一功率放大器（22a）的信号输入端连接；第一功率放大器（22a）的信号输出端与第一光纤声光调制器（9a）的信号输入端连接；所述相干光产生装置包括第二激光器（1b）、第二光纤耦合输入器（7b）、第二空间滤波器（8b）、第二光纤声光调制器（9b）、第二压控振荡器（19b）、第二任意波形发生器（20b）、第二射频开关（21b）、第二功率放大器（22b）；第二激光器（1b）的出射端与第二光纤耦合输入器（7b）的入射端连接；第二光纤耦合输入器（7b）的出射端与第二空间滤波器（8b）的入射端连接；第二空间滤波器（8b）的出射端与第二光纤声光调制器（9b）的入射端连接；第二压控振荡器（19b）的信号输出端和第二任意波形发生器（20b）的信号输出端均与第二射频开关（21b）的信号输入端连接；第二射频开关（21b）的信号输出端与第二功率放大器（22b）的信号输入端连接；第二功率放大器（22b）的信号输出端与第二光纤声光调制器（9b）的信号输入端连接；所述热光产生装置包括第三激光器（1c）、第三光纤耦合输入器（7c）、第三空间滤波器（8c）、第三光纤声光调制器（9c）、第一光纤衰减器（10c）、凸透镜（11）、旋转的毛玻璃（12）、小孔光阑（13）、第三压控振荡器（19c）、第三任意波形发生器（20c）、第三射频开关（21c）、第三功率放大器（22c）；第三激光器（1c）的出射端与第三光纤耦合输入器（7c）的入射端连接；第三光纤耦合输入器（7c）的出射端与第三空间滤波器（8c）的入射端连接；第三空间滤波器（8c）的出射端与第三光纤声光调制器（9c）的入射端连接；第三光纤声光调制器（9c）的出射端与第一光纤衰减器（10c）的入射端连接；第一光纤衰减器（10c）的出射端与凸透镜（11）的入射端连接；凸透镜（11）的出射端与旋转的毛玻璃（12）的入射端连接；旋转的毛玻璃（12）的出射端与小孔光阑（13）的入射端连接；第三压控振荡器（19c）的信号输出端和第三任意波形发生器（20c）的信号输出端均与第三射频开关（21c）的信号输入端连接；第三射频开关（21c）的信号输出端与第三功率放大器（22c）的信号输入端连接；第三功率放大器（22c）的信号输出端与第三光纤声光调制器（9c）的信号输入端连接；所述准单光子产生装置包括第四激光器（1d）、第四光纤耦合输入器（7d）、第四空间滤波器（8d）、第四光纤声光调制器（9d）、第二光纤衰减器（10d）、第四压控振荡器（19d）、第四任意波形发生器（20d）、第四射频开关（21d）、第四功率放大器（22d）；第四激光器（1d）的出射端与第四光纤耦合输入器（7d）的入射端连接；第四光纤耦合输入器（7d）的出射端与第四空间滤波器（8d）的入射端连接；第四空间滤波器（8d）的出射端与第四光纤声光调制器（9d）的入射端连接；第四光纤声光调制器（9d）的出射端与第二光纤衰减器（10d）的入射端连接；第四压控振荡器（19d）的信号输出端和第四任意波形发生器（20d）的信号输出端均与第四射频开关（21d）的信号输入端连接；第四射频开关（21d）的信号输出端与第四功率放大器（22d）的信号输入端连接；第四功率放大器（22d）的信号输出端与第四光纤声光调制器（9d）的信号输入端连接；所述探测装置包括滤光片（14）、50:50的非偏...

【技术特征摘要】
1.一种直接判别混沌光场光子统计特性的系统，其特征在于：包括混沌光产生装置、相干光产生装置、热光产生装置、准单光子产生装置、探测装置；所述混沌光产生装置包括第一激光器（1a）、偏振控制器（2）、光纤环形器（3）、80:20的光纤耦合器（4）、可变衰减器（5）、光纤耦合输出器（6）、第一光纤耦合输入器（7a）、第一空间滤波器（8a）、第一光纤声光调制器（9a）、第一压控振荡器（19a）、第一任意波形发生器（20a）、第一射频开关（21a）、第一功率放大器（22a）；第一激光器（1a）的出射端与偏振控制器（2）的入射端连接；偏振控制器（2）的出射端与光纤环形器（3）的入射端连接；光纤环形器（3）的出射端与80:20的光纤耦合器（4）的入射端连接；80:20的光纤耦合器（4）的第一个出射端与可变衰减器（5）的入射端连接；80:20的光纤耦合器（4）的第二个出射端与光纤耦合输出器（6）的入射端连接；可变衰减器（5）的出射端与光纤环形器（3）的反射端连接；光纤耦合输出器（6）的出射端与第一光纤耦合输入器（7a）的入射端连接；第一光纤耦合输入器（7a）的出射端与第一空间滤波器（8a）的入射端连接；第一空间滤波器（8a）的出射端与第一光纤声光调制器（9a）的入射端连接；第一压控振荡器（19a）的信号输出端和第一任意波形发生器（20a）的信号输出端均与第一射频开关（21a）的信号输入端连接；第一射频开关（21a）的信号输出端与第一功率放大器（22a）的信号输入端连接；第一功率放大器（22a）的信号输出端与第一光纤声光调制器（9a）的信号输入端连接；所述相干光产生装置包括第二激光器（1b）、第二光纤耦合输入器（7b）、第二空间滤波器（8b）、第二光纤声光调制器（9b）、第二压控振荡器（19b）、第二任意波形发生器（20b）、第二射频开关（21b）、第二功率放大器（22b）；第二激光器（1b）的出射端与第二光纤耦合输入器（7b）的入射端连接；第二光纤耦合输入器（7b）的出射端与第二空间滤波器（8b）的入射端连接；第二空间滤波器（8b）的出射端与第二光纤声光调制器（9b）的入射端连接；第二压控振荡器（19b）的信号输出端和第二任意波形发生器（20b）的信号输出端均与第二射频开关（21b）的信号输入端连接；第二射频开关（21b）的信号输出端与第二功率放大器（22b）的信号输入端连接；第二功率放大器（22b）的信号输出端与第二光纤声光调制器（9b）的信号输入端连接；所述热光产生装置包括第三激光器（1c）、第三光纤耦合输入器（7c）、第三空间滤波器（8c）、第三光纤声光调制器（9c）、第一光纤衰减器（10c）、凸透镜（11）、旋转的毛玻璃（12）、小孔光阑（13）、第三压控振荡器（19c）、第三任意波形发生器（20c）、第三射频开关（21c）、第三功率放大器（22c）；第三激光器（1c）的出射端与第三光纤耦合输入器（7c）的入射端连接；第三光纤耦合输入器（7c）的出射端与第三空间滤波器（8c）的入射端连接；第三空间滤波器（8c）的出射端与第三光纤声光调制器（9c）的入射端连接；第三光纤声光调制器（9c）的出射端与第一光纤衰减器（10c）的入射端连接；第一光纤衰减器（10c）的出射端与凸透镜（11）的入射端连接；凸透镜（11）的出射端与旋转的毛玻璃（12）的入射端连接；旋转的毛玻璃（12）的出射端与小孔光阑（13）的入射端连接；第三压控振荡器（19c）的信号输出端和第三任意波形发生器（20c）的信号输出端均与第三射频开关（21c）的信号输入端连接；第三射频开关（21c）的信号输出端与第三功率放大器（22c）的信号输入端连接；第三功率放大器（22c）的信号输出端与第三光纤声光调制器（9c）的信号输入端连接；所述准单光子产生装置包括第四激光器（1d）、第四光纤耦合输入器（7d）、第四空间滤波器（8d）、第四光纤声光调制器（9d）、第二光纤衰减器（10d）、第四压控振荡器（19d）、第四任意波形发生器（20d）、第四射频开关（21d）、第四功率放大器（22d）；第四激光器（1d）的出射端与第四光纤耦合输入器（7d）的入射端连接；第四光纤耦合输入器（7d）的出射端与第四空间滤波器（8d）的入射端连接；第四空间滤波器（8d）的出射端与第四光纤声光调制器（9d）的入射端连接；第四光纤声光调制器（9d）的出射端与第二光纤衰减器（10d）的入射端连接；第四压控振荡器（19d）的信号输出端和第四任意波形发生器（20d）的信号输出端均与第四射频开关（21d）的信号输入端连接；第四射频开关（21d）的信号输出端与第四功率放大器（22d）的信号输入端连接；第四功率放大器（22d）的信号输出端与第四光纤声光调制器（9d）的信号输入端连接；所述探测装置包括滤光片（14）、50:50的非偏振分束器（15）、双通道单光子探测器的第一通道（16）、双通道单光子探测器的第二通道（17）、数据采集分析系统（18）；第一光纤声光调制器（9a）的出射端、第二光纤声光调制器（9b）的出射端、小孔光阑（13）的出射端、第二光纤衰减器（10d）的出射端均与滤光片（14）的入射端连接；滤光片（14）的出射端与50:50的非偏振分束器（15）的入射端连接；50:50的非偏振分束器（15）的两个出射端分别与双通道单光子探测器的第一通道（16）的入射端和双通道单光子探测器的第二通道（17）的入射端连接；双通道单光子探测器的第一通道（16）的信号输出端和双通道单光子探测器的第二通道（17）的信号输出端均与数据采集分析系统（18）的信号输入端连接...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭龑强，兰豆豆，郭晓敏，李璞，易小刚，刘香莲，
申请(专利权)人：太原理工大学，
类型：发明
国别省市：山西,14