宽带混沌信号发生器的研制

论文摘要

混沌信号由于其类噪声、宽频谱特性,在光纤故障检测、分布式光纤传感、保密光通信、随机数生成、远程水位检测、混沌雷达等领域具有重要应用价值。半导体激光器作为B类激光器,易引入外部扰动产生混沌激光,且具有体积小、寿命长、成本低、性能稳定等优点,已经成为混沌激光产生的重要光源。但是,由于半导体激光器的弛豫振荡频率占据了混沌激光的主要能量,现有的混沌激光仍存在频谱不平坦、带宽窄等问题,限制了其广泛应用。大量学者们一直致力于带宽增强和频谱整形的研究,但基于商用器件产生混沌激光的带宽和平坦度仍存在限制。为了进一步提高混沌激光的带宽和平坦度,并实现宽带混沌激光的产业化应用,本文主要进行了以下研究:1.提出了基于半导体激光器的互注入结构。当耦合强度为1.635、频率失谐量为-33.5GHz时,得到平坦度为±2.8dB、频谱范围超过50GHz的混沌激光。经对比实验发现,同一反馈强度下,基于普通光反馈产生混沌激光的80%带宽仅为6.0GHz,而互注入结构将混沌激光的带宽提升至38.6GHz,带宽增强6.42倍左右。2.分析了带宽增强和频谱整形的影响因素。通过调节频率失谐量和耦合强度,得到混沌信号频谱带宽和平坦度的变化曲线及光谱特性;对比研究激光器在单向注入和弱互注入状态下的混沌特性,进一步证明了激光器的强互注入结构能够实现频谱整形和带宽增强。3.提出了放大自发辐射噪声扰动联合半导体激光器互注入结构,并研制50GHz宽带混沌信号发生器样机。当反馈强度为9.096%、频率失谐量为-32.75GHz、耦合强度为1.966时,产生了频谱带宽超过50GHz、平坦度为±2.5dB、光谱线宽为0.56nm的混沌激光。样机具有高带宽、高平坦度、输出稳定、易于调节等特点,有利于促进混沌激光的产业化应用。4.通过调节宽带混沌信号发生器的驱动模块,实现了混沌信号带宽的有效控制。进一步研究了混沌激光在不同频率失谐量下输出的光谱和频谱状态,分析了频率失谐量对频谱带宽的影响,并详细讨论了带宽增强的物理机制。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
•   1.1 混沌特性及应用
•     1.1.1 混沌现象概述
•     1.1.2 混沌激光的产生方式
•     1.1.3 混沌激光的应用
•   1.2 混沌激光的现存问题
•   1.3 国内外研究现状
•   1.4 课题来源及结构安排
• 第二章 基于互注入结构产生宽带混沌激光
•   2.1 互注入实验系统的搭建
•   2.2 宽带混沌激光的产生
•   2.3 带宽增强和频谱平坦的影响分析
•     2.3.1 频率失谐量
•     2.3.2 耦合强度
•   2.4 其他注入状态下混沌特性的研究
•     2.4.1 光注入时混沌特性的研究
•     2.4.2 弱互注入时混沌特性的研究
•   2.5 本章小结
• 第三章 50GHz宽带混沌信号发生器的设计与研制
•   3.1 结构及原理
•     3.1.1 外观及驱动模块设计
•     3.1.2 实验装置图及工作原理
•   3.2 输出特性
•   3.3 输出控制与分析
•     3.3.1 正失谐时光谱和频谱的分析
•     3.3.2 负失谐时光谱和频谱的分析
•     3.3.3 频率失谐量对频谱带宽的影响分析
•     3.3.4 讨论与分析
•   3.4 本章小结
• 第四章 总结与展望
•   4.1 总结
•   4.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 硕士阶段科研成果

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 吕天爽

导师: 张明江

关键词: 混沌激光,互注入,扰动,带宽,平坦度

来源: 太原理工大学

年度: 2019

分类: 基础科学,信息科技

专业: 物理学,物理学,无线电电子学

单位: 太原理工大学

基金: 国家重大科研仪器研制项目“光子集成宽带混沌信号发生器”(项目编号:61527819),国家青年基金项目“基于多路径扰动激光器的时空退相干实现散斑抑制的研究”(项目编号:61705160),国家国际科技合作专项项目“光子集成半导体混沌激光器联合开发”(项目编号:2014DFA50870)

分类号: TN248;O415.5

总页数: 61

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