本发明专利技术涉及半导体光电子领域，为了解决了现有半导体二极管激光器，频谱带宽有限且扰动系统复杂的问题，提供了一种基于晶体管激光器集电极电流反馈结构的混沌激光产生装置，包含晶体管激光器、加法器、电流源、电压源、光输出端口。晶体管激光器的基极电极与加法器的输出端口相连，发射极电极与电压源的负极和电流源的输入端相连，集电极电极与电压源的正极和加法器的第一输入端相连，加法器的第二输入端与电流源的输出端相连，本发明专利技术可以产生标准带宽为50GHz，平坦度优于3dB的混沌激光信号，可以应用于混沌同步与保密光通信、高速随机数密钥生成、激光雷达、光纤网络故障检测、超宽带技术以及分布式光纤传感等领域。以及分布式光纤传感等领域。以及分布式光纤传感等领域。
【技术实现步骤摘要】
基于晶体管激光器电流反馈的宽带混沌激光产生装置
[0001]本专利技术涉及半导体光电子领域，特别是涉及一种一种基于晶体管激光器集电极电流反馈结构的混沌激光产生装置。
技术介绍
[0002]混沌激光具有内在随机性、初值敏感性、低相干性、宽频谱等特性。近年来，混沌激光在保密光通信、超宽带技术、激光雷达、光纤网络故障检测、分布式光纤传感等领域都具有重要的应用价值。目前半导体激光器产生混沌的方法包括光反馈、光注入与光电反馈。
[0003]二极管结构半导体激光器凭借功耗低、寿命长、易集成等优势，成为目前混沌激光产生的首选光源。然而，二极管激光器的弛豫振荡频率只有数GHz，且能量主要集中于弛豫振荡频率附近，导致所产生的混沌激光带宽窄，频谱不平坦，极大地限制了混沌激光的实际应用(IEEE Journal on Selected Topics in Quantum Electronics,21(6):531
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540,2015)。
[0004]针对以上问题研究者们提出了多种方法用于提升混沌激光的带宽，2011年，张明江等人通过双波长外光注入外腔光反馈的Fabry
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rot激光器，得到80％带宽为32.3GHz的宽带混沌激光(IEEE Photonics Technology Letters,2011,23(24):1872
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1874)，2015年，林凡异等人通过将混沌信号转换为电信号，与正弦信号作用行程外差混沌，再与原始混沌信号混合，将原始混沌信号带宽增强了46％。(OpticsExpress,2015,23(3):2308
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2319)但以上方案均是基于二极管激光器，借助复杂的扰动系统提升混沌激光带宽和平坦度，且频谱带宽有限。
[0005]晶体管激光器是一种同时具有晶体管的电流控制功能以及激光器的光发射功能的晶体管。晶体管激光器利用一个电信号输入(例如基极电流)可以同时获得一个电信号输出(集电极电流)及一个光信号输出。基于该功能特性，使其在光通信及光信号处理等领域有着重要的潜在应用价值。
技术实现思路
[0006]本专利技术克服现有基于二极管激光器光反馈结构的产生的混沌激光频谱带宽窄的问题，提供一种基于晶体管激光器集电极电流反馈结构的混沌激光产生装置，利用晶体管激光器高带宽、低驰豫振荡峰以及同时获得光信号与电信号输出的特点，产生标准带宽大，平坦度好的混沌激光信号。
[0007]为了解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案为：基于晶体管激光器电流反馈的宽带混沌激光产生装置，包括：晶体管激光器、加法器、电流源、电压源；
[0008]晶体管激光器的基极电极与加法器的输出端口相连，发射极电极与电压源的负极、电流源的输入端相连；晶体管激光器的集电极电极与电压源的正极相连，集电极电极还与加法器的第一输入端相连，加法器的第二输入端与电流源的输出端相连，所述晶体管激光器的光输出端口输出宽带混沌激光。
[0009]所述晶体管激光器包括依次设置在集电极电极层、集电区材料层、基区缓冲层和基区材料层，所述基区材料层上远离基区缓冲层的一面设置有不相连的基极电极层和电流限制层，所述电流限制层上依次设置有量子阱材料层、上限制层、发射区材料层和发射极电极层。
[0010]发射区材料层采用n掺杂的InP材料；上限制层采用InGaAsP材料；量子阱材料层采用InGaAsP/InP材料；电流限制层采用n掺杂InP和p掺杂InP材料形成pn结，基区材料层采用p掺杂InGaAsP材料；基区缓冲层采用InGaAsP材料；集电区材料层采用n掺杂InP材料。
[0011]基极电极层设置在电流限制层外侧。
[0012]所述电压源用于控制晶体管激光器的内部参数。
[0013]所述的晶体管激光器的内部参数包括线宽展宽因子、载流子自发辐射寿命、量子阱捕获时间和逃逸时间。
[0014]本专利技术与现有技术相比具有以下有益效果：
[0015]1、本专利技术采用三端口结构的晶体管激光器代替二极管激光器产生混沌激光，突破激光器内部弛豫振荡的限制，提供了一种全新的频谱平坦宽带混沌激光产生方法。
[0016]2、本专利技术利用晶体管激光器高带宽、低驰豫振荡峰以及同时获得光信号与电信号输出的特点，可以产生带宽超过50GHz，平坦度小于3.5dB的宽带混沌激光，采用传统方法难以实现上述指标。
[0017]3、本专利技术利用晶体管激光器本身的集电极电流输出作为反馈扰动，无需外加扰动源即可实现宽带混沌激光信号产生，结构十分简单稳定并且成本低廉，具有很好的推广应用价值，可以广泛应用与混沌同步与保密光通信、高速随机数密钥生成、激光雷达、光纤网络故障检测、超宽带技术以及分布式光纤传感等领域。
附图说明
[0018]图1为本专利技术实施例提供的一种基于晶体管激光器集电极电流反馈结构的宽带混沌激光产生装置的结构示意图；
[0019]图中：1
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晶体管激光器、2
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加法器、3
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电流源、4
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电压源、5
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光输出端口；
[0020]图2为本专利技术实施例中晶体管激光器中的载流子分布示意图；
[0021]图3为本专利技术实施例二中采用的晶体管激光器的界面结构示意图；
[0022]图4为图3的俯视图，其中去掉了基极电极层上方的发射极电极，发射区材料层，上限制层和量子阱材料层。
[0023]图中：6
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发射极电极、7
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发射区材料层、8
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上限制层、9
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量子阱材料层、10
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电流限制层、11
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基极电极层、12
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基区材料层、13
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基区缓冲层、14
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集电区材料层、15
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集电极电极。
具体实施方式
[0024]为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本专利技术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专利技术的一部分实施例，而不是全部的实施例；基于本专利技术中的实施例，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，都属于本专利技术保护的范围。
[0025]实施例一
[0026]如图1所示，本专利技术实施例一提供了一种基于晶体管激光器电流反馈的宽带混沌激光产生装置，包括：晶体管激光器1、加法器2、电流源3、电压源4；晶体管激光器1的基极电极与加法器2的输出端口相连，发射极电极与电压源4的负极、电流源3的输入端相连；晶体管激光器1的集电极电极与电压源4的正极相连，集电极电极还与加法器2的第一输入端相连，加法器2的第二输入端与电流源3的输出端相连，所述晶体管激光器1的光输出端口5输出宽带混沌激光。
[0027]本实施例中，晶体管激光器1采用共发射极工作模式，发射极电极6接本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.基于晶体管激光器电流反馈的宽带混沌激光产生装置，其特征在于，包括：晶体管激光器(1)、加法器(2)、电流源(3)、电压源(4)；晶体管激光器(1)的基极电极与加法器(2)的输出端口相连，发射极电极与电压源(4)的负极、电流源(3)的输入端相连；晶体管激光器(1)的集电极电极与电压源(4)的正极相连，集电极电极还与加法器(2)的第一输入端相连，加法器(2)的第二输入端与电流源(3)的输出端相连，所述晶体管激光器(1)的光输出端口(5)输出宽带混沌激光。2.根据权利要求1所述的基于晶体管激光器电流反馈的宽带混沌激光产生装置，其特征在于，所述晶体管激光器(1)包括依次设置在集电极电极层(15)、集电区材料层(14)、基区缓冲层(13)和基区材料层(12)，所述基区材料层(12)上远离基区缓冲层(13)的一面设置有不相连的基极电极层(11)和电流限制层(10)，所述电流限制层(10)上依次设置有量子阱材料层(9)、上限制层(8)、发射区材料层(7)和发射极电极层(6)...
【专利技术属性】
技术研发人员：乔丽君，章宸旸，张明江，柴萌萌，卫晓晶，刘怡佳，
申请(专利权)人：山西浙大新材料与化工研究院，
类型：发明
国别省市：
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