一种基于反馈干涉原理产生混沌光方法技术

本发明专利技术涉及混沌信号领域，具体为一种基于反馈干涉原理产生混沌光方法。本发明专利技术提出一种基于反馈干涉原理产生混沌光方法，该方法区别于利用半导体光器通过光注入、光反馈、光电反馈等扰动方式产生混沌光的传统方法，是一种混沌光产生新方法，能够有效消除传统扰动方式对混沌光系统的安全威胁，大大提高了混沌系统的抗扰能力。该混沌光作为一种相位混沌信号，为后期实现高速的采集量化过程提供可能和依据。而且，本发明专利技术可以通过调试和优化，产生宽频谱、高熵值的混沌光信号，在高速真随机密钥、混沌光时域反射仪、混沌超宽带脉冲信号产生、相干长度可调谐光源等领域具有重要意义。

A method of generating chaotic light based on feedback interference principle

【技术实现步骤摘要】
一种基于反馈干涉原理产生混沌光方法
本专利技术涉及混沌信号领域，具体为一种基于反馈干涉原理产生混沌光方法。
技术介绍
近年来，由于混沌光信号具有类噪声、宽频谱等特性，在高速真随机密钥、混沌光时域反射仪、混沌超宽带脉冲信号产生、相干长度可调谐光源等领域呈现出广阔的应用前景，而受到了研究者们的广泛关注。而传统的混沌光产生方法是通过光反馈、光注入或光电反馈等扰动方式，利用半导体激光器（分布式反馈激光器DFB、垂直腔面发射激光器VECSEL）等获得。但是，无论是分布式反馈激光器还是垂直腔面发射激光器，其输出光信号的光斑横模质量差，而增加了后续应用中的难度；而且，半导体激光器的混沌强度振荡通常受到激光器驰豫振荡频率的影响。通过频域分析，功率谱分布在驰豫振荡频率处有明显的尖峰，所以限制了有效带宽；此外，外部扰动方式产生混沌光信号，会导致许多不利的因素，比如外腔反馈引入的时延特性，会导致输出信号呈现弱周期性，进一步对时延信息进行提取及分析，会降低系统的抗干扰能力，进而威胁整个混沌光系统的安全性。考虑到利用传统扰动的方式产生混沌光信号存在限制了有效带宽以及降低系统的抗干扰能力等技术问题，本专利技术提出一种基于反馈干涉原理产生混沌光方法具有重大意义。
技术实现思路
本专利技术为解决利用传统扰动的方式产生混沌光信号所导致的的技术问题，提供一种基于反馈干涉原理产生混沌光方法。本专利技术是采用以下技术方案实现的：一种基于反馈干涉原理产生混沌光方法，将第一探测光信号分成两路，两路探测光信号依据初始条件下反馈光信号的强弱和时延都进行交叉增益调制和交叉相位调制作用输入至第一环形光路和第二环形光路；根据两路探测光信号的相位状态，第一环形光路和第二环形光路输出的光信号再进行干涉相消或干涉相长作用输入至第三环形光路；第二探测光信号经第三半导体光放大器的交叉增益调制原理作用后输入至第三环形光路的反射端口；经由第三个环形光路输出的信号光分成三路光信号，1路光信号作为最终输出，2路光信号作为反馈信号，分别经光时延操作后作用于第一环形光路和第二环形光路，通过调节使两路反馈光时延不相等，无法同时达到第一环形光路和第二环形光路，使两路第一探测光信号依据当时的反馈光信号的强弱和时延分别进行交叉增益调制和交叉相位调制作用输入至第一环形光路和第二环形光路；此过程依次循环，输出光信号会出现周期性振荡；通过进一步调节反馈时延差小于第三半导体光放大器载流子恢复时间，在第三半导体光放大器载流子恢复时间中出现非正常脉冲，导致输出不确定光信号，并依次重复，最终输出光信号出现了随机振荡，而产生幅值呈二值变化、相位呈随机变化的宽带混沌光。本专利技术提出一种基于反馈干涉原理产生混沌光方法，该方法区别于利用半导体光器通过光注入、光反馈、光电反馈等扰动方式产生混沌光的传统方法，是一种混沌光产生新方法，能够有效消除传统扰动方式对混沌光系统的安全威胁，大大提高了混沌系统的抗扰能力。该混沌光作为一种相位混沌信号，为后期实现高速的采集量化过程提供可能和依据。而且，本专利技术可以通过调试和优化，产生宽频谱、高熵值的混沌光信号，在高速真随机密钥、混沌光时域反射仪、混沌超宽带脉冲信号产生、相干长度可调谐光源等领域具有重要意义。附图说明图1为一种基于反馈干涉原理产生混沌光方法的结构原理图。1-第一半导体激光器、2-第一3dB耦合器、3-第一半导体光放大器、4-第二半导体光放大器、5-第一环形器、6-第二环形器、7-第二3dB耦合器、8-第二半导体激光器、9-第三半导体光放大器、10-第一光延时线、11-第三环形器、12-第二光延时线、13-1×3耦合器。具体实施方式如图1所示，本专利技术提出一种基于反馈干涉原理产生混沌光方法，该装置包括：半导体激光器、环形器、3dB耦合器、半导体光放大器（SOA）、光延时线、以及1×3耦合器。具体连接方式如下：通过第一半导体激光器1将第一探测光信号λ/注入第一3dB耦合器2的输入端；第一3dB耦合器2分两路输出，分别依次连接第一半导体光放大器3、第一环形器5以及第二半导体光放大器4、第二环形器6；其输出均连接至第二3dB耦合器7的输入端，第二3dB耦合器7的输出端连接至第三环形器11的输入端；通过第二半导体激光器2将第二探测光信号λ//注入第三半导体光放大器9，第三半导体光放大器9输出端也连接至第三环形器11的输入端；第三环形器11的输出端连接至1×3耦合器13的输入端，1×3耦合器13输出分3路，两路作为反馈光信号，分别依次连接第一光延时线10、第一环形器5以及第二光延时线12、第一环形器6；另外1路作为混沌光信号的最终输出。具体工作过程如下：通过第一半导体激光器1将第一探测光信号λ/注入第一3dB耦合器2的输入端，经第一3dB耦合器2分两路输出；第一探测光λ/依次通过第一半导体光放大器3和第一环形器5进入第二3dB耦合器7；同理，第一探测光信号λ/依次通过第二半导体光放大器4和第二环形器6进入第二3dB耦合器7。由于该系统处于初始状态，两反馈回路均无光信号输入，在该过程中不消耗SOA载流子，故第一探测光信号λ/在经历相同的增益下，第一半导体光放大器3、第二半导体光放大器4分别经第一环形器5、第二环形器6输出均为高功率；由于反馈光信号相同，两路探测光经SOA产生相同的相位变化，根据交叉相位调制原理，光信号经第一环形器5和第二环形器6在第二3dB耦合器7干涉相消，输出为低功率；由第一探测光信号λ/通过第三环形器11进入第三半导体光放大器9时不消耗载流子，而通过第二半导体激光器8将第二探测光信号λ//注入第三半导体光放大器9中产生交叉增益调制效应，输出与输入相反的光信号，即为高功率；再经1×3耦合器13产生3路光信号，1路光信号作为最终输出，2路光信号作为反馈信号，分别经第一光延时线10、第二光延时线12作用于第一环形器5和第二环形器6。由于反馈光时延不相等，输出光信号为高功率，分别经第一光延时线10、第二光延时线12无法同时达到第一环形器5和第二环形器6；假若输出光信号经第一光延时线10先达至第一环形器5，此时消耗第一半导体光放大器3载流子，经第一环形器5输出为低功率；而第二环形器6因此时无反馈光信号输入，不消耗第二半导体光放大器4载流子，经第二环形器6输出为高功率；由于两路反馈信号不一致，两路探测光经SOA产生π的相位差，而经第二3dB耦合器7干涉相长，输出为高功率；同理，最终1×3耦合器13输出为低功率，并将光信号经第一光延时线10、第二光延时线12反馈于第一环形器5和第二环形器6。此过程依次循环，输出光信号会出现周期性振荡；通过进一步调节反馈时延差小于SOA载流子恢复时间时，在SOA载流子恢复时间中出现非正常脉冲，导致输出不确定光信号，并依次重复，发现光信号出现了随机振荡，而产生幅值呈二值变化（高低功率）、相位呈随机变化的宽带混沌光。此外，混沌光信号的频谱、光谱及幅度等特性还可以通过进一步调节反馈延时以及节点的工作速率等参数得到控制和优化，直至找到混沌光产生的最佳工作区间，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于反馈干涉原理产生混沌光方法，其特征在于，将第一探测光信号分成两路，两路探测光信号依据初始条件下反馈光信号的强弱和时延都进行交叉增益调制和交叉相位调制作用后分别输入至第一环形光路和第二环形光路；根据两路探测光信号的相位状态，第一环形光路和第二环形光路输出的光信号再进行干涉相消或干涉相长作用输入至第三环形光路；第二探测光信号经第三半导体光放大器（9）的交叉增益调制原理作用后输入至第三环形光路的反射端口；经由第三个环形光路输出的信号光分成三路光信号，1路光信号作为最终输出，2路光信号作为反馈信号，分别经光时延操作后作用于第一环形光路和第二环形光路，通过调节使两路反馈光时延不相等，无法同时达到第一环形光路和第二环形光路，使两路第一探测光信号依据当时的反馈光信号的强弱和时延分别进行交叉增益调制和交叉相位调制作用输入至第一环形光路和第二环形光路；此过程依次循环，输出光信号会出现周期性振荡；通过进一步调节反馈时延差小于第三半导体光放大器（9）载流子恢复时间，在第三半导体光放大器（9）载流子恢复时间中出现非正常脉冲，导致输出不确定光信号，并依次重复，最终输出光信号出现了随机振荡，而产生幅值呈二值变化、相位呈随机变化的宽带混沌光。/n...

【技术特征摘要】
1.一种基于反馈干涉原理产生混沌光方法，其特征在于，将第一探测光信号分成两路，两路探测光信号依据初始条件下反馈光信号的强弱和时延都进行交叉增益调制和交叉相位调制作用后分别输入至第一环形光路和第二环形光路；根据两路探测光信号的相位状态，第一环形光路和第二环形光路输出的光信号再进行干涉相消或干涉相长作用输入至第三环形光路；第二探测光信号经第三半导体光放大器（9）的交叉增益调制原理作用后输入至第三环形光路的反射端口；经由第三个环形光路输出的信号光分成三路光信号，1路光信号作为最终输出，2路光信号作为反馈信号，分别经光时延操作后作用于第一环形光路和第二环形光路，通过调节使两路反馈光时延不相等，无法同时达到第一环形光路和第二环形光路，使两路第一探测光信号依据当时的反馈光信号的强弱和时延分别进行交叉增益调制和交叉相位调制作用输入至第一环形光路...

【专利技术属性】
技术研发人员：王云才，张国栋，张建国，李璞，王安帮，李才，
申请(专利权)人：太原理工大学，
类型：发明
国别省市：山西;14