一种基于非赫尔米特增强拓扑保护的混沌光源系统技术方案

本发明专利技术涉及一种基于非赫尔米特增强拓扑保护的混沌光源系统，包括光子零能模式产生模块和声子模式激发模块；所述光子零能模式产生模块，用于产生零能模式；所述声子模式激发模块，用于与所述零能模式非线性相互作用并产生声子，利用所述非线性相互作用的强度高于混沌光激发阈值，从而产生混沌光源。本发明专利技术利用光子零能模式，针对现有技术中光学芯片上混沌光源信号稳定性弱的不足，实现高稳定性的光学芯片混沌光源。本发明专利技术结构简单、稳定性强，能降低光学芯片系统研制的成本。光学芯片系统研制的成本。光学芯片系统研制的成本。

【技术实现步骤摘要】
一种基于非赫尔米特增强拓扑保护的混沌光源系统


[0001]本专利技术涉及混沌光学领域，更具体地，涉及一种基于非赫尔米特增强拓扑保护的混沌光源系统。

技术介绍

[0002]混沌由于其随机性、类噪声性、宽频带性以及对初始条件敏感等特性而受到广泛关注。快速发展的纳米制造技术使得微腔中电磁系统和机械系统之间的辐射－压力可以相互作用，在弱辐射压力驱动下的介观微腔中，已经获得的经典动力学和量子动力学的成就，如：光学双稳、自诱导振荡和同步现象，促进了对光机非线性相互作用的研究。当驱动激光器的强度超过混沌阈值，这种非线性光机相互作用导致光学模式和力学模式产生混沌行为，从而产生混沌光源。然而，因为制造过程中的随机性和扰动引起的寄生散射容易使混沌消失成为周期信号，因此保持不同批次光芯片上混沌光源的混沌特性十分困难。
[0003]拓扑绝缘体起源于凝聚态物理，它显示出对缺陷制造和随机扰动免疫的特性，将其应用在混沌光源中可提高混沌的稳定性。近年来各种研究人员为了将拓扑概念应用在混沌光源中付出了很多努力，但由于拓扑结构的各种基本对称性，想要在混沌光这种独特的不规则动力学的产生中应用拓扑概念，始终受到限制。

技术实现思路

[0004]本专利技术旨在克服上述现有技术的至少一种缺陷(不足)，提供一种基于非赫尔米特增强拓扑保护的混沌光源系统，用于产生高稳定性的混沌光源，有效解决了难以将拓扑保护应用在混沌光源上的问题，克服了混沌容易消失的技术难题，并且结构简单，稳定性强，能降低光学芯片系统研制的成本。
[0005]本专利技术采取的技术方案是，提供一种基于非赫尔米特增强拓扑保护的混沌光源系统，包括光子零能模式产生模块和声子模式激发模块；所述光子零能模式产生模块，用于产生零能模式；所述声子模式激发模块，用于与所述零能模式非线性相互作用并产生声子，利用所述非线性相互作用的强度高于混沌光激发阈值，从而产生混沌光源。
[0006]本专利技术包括光子零能模式产生模块和声子模式激发模块，克服了拓扑保护中拓扑保护不变量绕异性的限制，从而产生高稳定性的混沌光源。具体的，使用在紧束缚条件下的一维光子晶格SSH模型，设置一个可以调整的EP点(Exceptional point)，EP点位于模态折射率开始分叉的点，实现了一种非赫尔米特增强拓扑保护的高稳定性混沌光源。有效解决了难以将拓扑保护应用在混沌上的问题，克服了混沌容易消失的技术难题。有利于混沌在退相干抑制、可切换带通/带阻混沌发射、随机数生成、安全通信和宽带光学器件中的应用，有利于芯片中各种强大的光源制造，包括混沌和相干激光光源，结构简单，稳定性强，能降低光学芯片系统研制的成本。
[0007]进一步的，所述光子零能模式产生模块包括相互耦合的损耗微腔和增益微腔，所述损耗微腔和增益微腔尺寸在微米或亚微米量级；所述增益微腔用于相干放大输入光强，
所述损耗微腔用于吸收输入光强。
[0008]光学微腔是一种尺寸在微米或亚微米量级的光学谐振腔，可以利用在折射率不连续的界面上的反射、全反射、散射或衍射等效应，将光限制在一个很小的区域内，使得凝聚态中的一些量子动力学现象得以研究。使用可相干放大的增益材料制造增益微腔，例如InGaSaP或InAsP/InP等Ⅲ/IV族材料；使用对光有吸收作用的材料制造损耗微腔，例如未泵浦的Ⅲ/IV材料或Cr等。
[0009]进一步的，所述声子模式激发模块包括微米或纳米量级的微结构。可选的，所述微米或纳米量级的微结构为悬臂梁结构。
[0010]进一步的，所述增益微腔与损耗微腔相互耦合构成微腔二聚体，所述增益微腔与损耗微腔的总数为偶数并且大于或等于4。当微腔总数为大于或等于4的偶数时，相空间中封闭路径的拓扑不变量绕异性被建立。在EP点处的两个边界模，即奇模和偶模的干涉在微腔末端处形成了具有强光强的手性零模式，零模的光强仅保持手性对称，零模提供了广泛的非线性光子
‑
声子相互作用。在光输入相同的情况下，具有相同模态折射率实部的零模式可以占据更大的初始值，从而在末端微腔处将光功率集中，产生场局部化效果。连续向晶格系统注入光功率，最终可以产生混沌，即光子
‑
声子相互作用的增加导致混沌产生。
[0011]进一步的，通过调节微腔二聚体内部的耦合强度和微腔二聚体间的耦合强度使系统达到宇称时间破坏相。通过调整微腔的距离调节耦合强度，微腔的距离越近，耦合强度越高。在物理上，SSH模型中微腔二聚体内耦合强度与微腔二聚体间耦合幅度的比值定义了拓扑结构的不变性。拓扑不变量绕异性为离散变量，系统处于平凡相时该值取0，系统处于非平凡相时该值取正整数。当两个相互作用系统一个为平凡相，一个为非平凡相时，两系统的边界处产生边界模式，该模式受到拓扑保护。
[0012]进一步的，所述增益微腔的相干放大波长与光的入射波长相匹配，所述增益微腔的相干放大率与所述损耗微腔的光吸收率比值处于0.8至1.2之间，满足宇称时间对称条件。所述宇称时间对称条件为|k/γ
‑
1|≤0.2，其中k为相干放大率，γ为光吸收率。
[0013]进一步的，所述声子模式激发模块产生声子的方式为机械振动。声子为晶格振动的简正模能量量子，通常用来描述晶格的简谐振动。
[0014]进一步的，所述混沌光源波长覆盖通信C波段和通信L波段。C波段(1530nm～1565nm)为最常用的通信波段，由于C波段表现出的损耗最低，被广泛用于城域网、长途、超长途以及海底光缆系统。而C波段旁边的L波段(1565nm～1625nm)，是损耗第二低的波段，也是行业的主流选择之一。当C波段不足以满足带宽需求的时候，也会采用L波段作为补充。
[0015]进一步的，所述光子零能模式产生模块还包括光泵浦或电泵浦，所述光泵浦波长与增益微腔吸收波长相匹配，所述电泵浦电压与增益微腔所需电压匹配。增益微腔需要光泵浦或电泵浦将输入的光子从较低能级升高到较高能级。
[0016]与现有技术相比，本专利技术的有益效果为：
[0017](1)本专利技术包括光子零能模式产生模块和声子模式激发模块，克服了拓扑保护中拓扑保护不变量绕异性的限制，从而产生高稳定性的混沌光源；
[0018](2)本专利技术采用比二维光子晶格更加紧凑、占据空间更小的一维光子晶格SSH模型，实现了具有抗干扰性的鲁棒手性混沌动力学，这有利于芯片中的强大光源制造，并且结构简单，稳定性强，能降低光学芯片系统研制的成本。
附图说明
[0019]图1为本专利技术实施例1的系统示意图。
[0020]图2为本专利技术实施例1当光吸收率γ＝0.4v和1v，微腔二聚体间的耦合w为0至2v时，模态折射率的曲线图。
[0021]图3为本专利技术实施例2当系统微腔总数N分别为4、6、8、10时，未施加扰动和施加扰动系统的光动力学变化曲线图。
具体实施方式
[0022]本专利技术附图仅用于示例性说明，不能理解为对本专利技术的限制。为了更好说明以下实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对于本领域技术人本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于非赫尔米特增强拓扑保护的混沌光源系统，其特征在于，包括光子零能模式产生模块和声子模式激发模块；所述光子零能模式产生模块，用于产生零能模式；所述声子模式激发模块，用于与所述零能模式非线性相互作用并产生声子，利用所述非线性相互作用的强度高于混沌光激发阈值，从而产生混沌光源。2.根据权利要求1所述的一种基于非赫尔米特增强拓扑保护的混沌光源系统，其特征在于，所述光子零能模式产生模块包括相互耦合的损耗微腔和增益微腔，所述损耗微腔和增益微腔尺寸在微米或亚微米量级；所述增益微腔用于相干放大输入光强，所述损耗微腔用于吸收输入光强。3.根据权利要求1所述的一种基于非赫尔米特增强拓扑保护的混沌光源系统，其特征在于，所述声子模式激发模块包括微米或纳米量级的微结构。4.根据权利要求2所述的一种基于非赫尔米特增强拓扑保护的混沌光源系统，其特征在于，所述增益微腔与损耗微腔相互耦合构成微腔二聚体，所述增益微腔与损耗微腔的总数为偶数并且大于或等于4。5.根据权利要求4所述的一种基于非赫尔米特增强拓扑保护的混沌光源系统，其特征在于，通过调节微腔二聚体内部的...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈雷，王宏腾，刘贵师，黄非凡，陈耀飞，罗云瀚，陈哲，
申请(专利权)人：暨南大学，
类型：发明
国别省市：