[发明专利]基于弱增益耦合DFB激光器的宽带混沌激光器芯片

说明书

本发明属于集成混沌激光器领域；现有混沌信号发生器所产生的混沌信号存在带宽窄、结构复杂，参数可调范围小，难以产生混沌等问题；本发明提供一种基于弱增益耦合DFB激光器的宽带混沌激光器芯片，DFB激光区的谐振腔采用弱增益耦合光栅设计，容易产生宽带混沌激光；两个激光区脊波导的侧面分别集成温控电阻并蒸镀温度电极，用于调控两个激光区温度，控制输出光的中心波长；增益区驱动电极调控两个激光区之间的互注入强度，以改变激光器输出的光谱线宽，获得更大的波长失谐量，以此产生更宽的混沌光，同时调节温度还可使产生的混沌光变的更加平坦，本发明避免了因部分光反馈造成的输出功率损失，运用互注入方式产生宽谱线、大幅度混沌光。

技术领域

本发明涉及集成混沌激光器技术领域，更具体的说，涉及一种基于互注入弱增益耦合DFB激光器的宽带混沌激光器芯片。

背景技术

近年来，混沌激光已被广泛应用于保密通信、高速随机数生成、混沌激光雷达、混沌光时域反射仪、光纤传感和测距等方面，同时这些应用正逐步向实用化和市场化迈进。然而现有激光器大多都是在实验室利用半导体激光器加上各种外部分立光学元件搭建而成的，体积庞大，易受环境影响、输出不稳定。为了实现混沌激光的实用化和产业化，国内外的研究者们希望研究出体积小、性能稳定的集成混沌激光器芯片。

国内外多家机构均开展了集成混沌激光器的相关研究。

2008年希腊雅典大学Argyris等人研制了单片集成混沌半导体激光器芯片（A.Argyris et al ., Physical Review Letters , 100( 19 ):194101 , 2008 .），包含一个DFB激光器、增益/吸收区、相位控制区和长无源波导镀膜反馈腔，通过在增益/吸收区加正反向电流及调节电流的大小可以得到不同的状态。但是，此单片集成混沌半导体激光器芯片向外延伸1cm放置了专门的反射装置，形成单腔反馈结构，且只能调节单反馈强度。

2012年大连理工大学公开一种光注入型混沌光子集成器件及其制备方法（见专利：一种光注入型混沌光子集成器件，专利号：ZL201210349951 .0），其特点是利用主分布式反馈半导体激光器产生连续光，经双向放大的半导体光放大器SOA放大后由无源光波导传输，最后注入从分布式反馈半导体激光器，使从分布式反馈半导体激光器产生混沌激光。然而，这种单注入型结构极易产生注入锁定，且单注入产生的混沌激光带宽窄、频谱不平坦、输出不稳定，而且往往包含两个激光器的拍频信息，会使混沌激光的频谱出现典型的拍频振荡成份。

2013年清华大学发明一种由集成双DFB激光器，一个相位区组成的芯片（D. Liu,et al. Optics express, 2013, 21, 2444-2451），其特点是左右两激光器采用互注入过程，中间相位区调节两激光器注入光的相位，通过调节激光器的偏置电流，使激光器输出混沌光。但是芯片中所使用的激光器为折射率耦合型激光器，而增益耦合型激光器具有稳定的单纵模输出、制作工艺简单、噪声低、高速动态调制下频谱展宽（啁啾）小等优点，可进一步提高其性能。

2014年太原理工大学提出无时延、频谱平坦、宽带光子集成混沌半导体激光器（见专利：无时延、频谱平坦、宽带光子集成混沌半导体激光器，专利号：ZL201410435033 .9），该混沌激光器为混合集成混沌激光器。其特点为左、右分布式反馈半导体激光芯片可以实现光互注入过程，利用掺铒的无源光波导给左、右分布式反馈半导体激光芯片提供随机光反馈扰动，互注入结合随机光反馈扰动两个过程使左分布式反馈半导体激光芯片产生输出无时延、频谱平坦、宽带的混沌激光。虽然该结构可以解决以上的问题，但是左、右分布式反馈半导体激光芯片发出的连续光在光波导中的耦合效率较低，这是该混合集成混沌激光器的难点。

然而，现有混沌信号发生器所产生的混沌信号存在功率谱不平坦（大于±5dB）、3dB带宽难以超过30GHz以及混沌光谱线宽窄问题，大大限制了混沌信号的应用。

发明内容