光注入弱谐振腔法布里—珀罗激光器非线性动力学特性的研究

发布时间：2020-07-19 01:34

【摘要】：近年来,随着人们对通信容量和通信安全性要求的不断提高,将波分复用(WDM)技术和混沌保密通信技术相结合成为未来保密通信发展的必然趋势。它不仅可大幅增加混沌保密通信的容量,而且更利于将混沌保密通信技术移植到现有光纤通信系统中以提高系统的安全性。因此,寻找满足WDM混沌保密通信系统要求的混沌光源成为推动大容量、高安全性保密通信技术发展的关键。弱谐振腔法布里-珀罗激光器(WRC-FPLD)作为一种性能优良的多模半导体激光器,受到学者的极大关注。和传统的法布里-珀罗激光器(FPLD)相比,WRC-FPLD的前端面镀有增透膜,因此WRC-FPLD的前端面反射率较低(约为1%~10%),而传统FPLD的前端面反射率一般为30%。较低的前端面反射率使得WRC-FPLD具有更宽的增益谱,还能使外部注入光能有效注入到激光器中,而近似全反射的后端面设计可避免不必要的功率消耗。此外,WRC-FPLD腔长约为600μm,而传统FPLD的腔长约为250μm,较长的腔体长度有效地减小了纵模间隔。如果将WRC-FPLD作为光源应用在WDM系统中,可以提供更多的信道数量,并实现密集波分复用。目前的研究也证实,如果引入合适的外部扰动,可使WRC-FPLD实现混沌输出,且混沌信号的中心波长可大范围调谐、混沌带宽可控,具备作为WDM混沌通信的混沌波源的潜质。因此,研究WRC-FPLD在外部扰动下的非线性动力学特性,对实现基于WDM技术的光混沌保密通信具有重要意义。基于此,本文实验研究了光注入WRC-FPLD的非线性动力学特性,着重考察WRC-FPLD中不同的模式基于外部光注入条件下非线性动力学的演化路径,同时根据实验中测定的“-3模”、“0模”、“13模”三个纵模分别在外部光注入扰动下输出的时间序列,功率谱以及光谱,对模式的非线性动力学状态进行了甄别,并分析了外部光注入对WRC-FPLD输出的非线性动力学态的影响。实验结果表明:在外部光注入的条件下,在改变光注入强度和频率失谐的实验过程中,WRC-FPLD的“-3模”、“0模”、“13模”这三个纵模都能够表现出四波混频(FWM)、单周期态(P1)、准周期态(QP)、混沌态(C)以及稳定的光注入锁定态(SIL)等十分丰富的非线性动力学特性,在此过程中,我们也观测到了WRC-FPLD在外部光注入条件下的动力学演化路径,是经过准周期态分岔之后再进入到了混沌态。另外,我们还绘制了WRC-FPLD这三个纵模在光注入强度和频率失谐构成的参数空间的动力学状态分布图,其中光注入强度的范围是0μW~450μW,频率失谐的范围是-16GHz~16 GHz,对于WRC-FPLD中不同的模式而言,其动力学状态分布图也是不相同的,其结果显示:WRC-FPLD的“0模”和“13模”在正频率失谐和负频率失谐区域都能够观察到混沌(C)区域,但WRC-FPLD的“-3模”在负频率失谐区域却没有观测到混沌态(C);WRC-FPLD的“0模”出现了两个分离的稳定的光注入锁定态(SIL)区域,但是在WRC-FPLD的“-3模”与“13模”中却只出现了一个稳定的光注入锁定态(SIL)区域。
【学位授予单位】：西南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TN248
【图文】：

结构图,谐振腔法,布里,激光器

图 1.2 弱谐振腔法布里-珀罗激光器(WRC-FPLD)的结构图RC-FPLD 的这些优点，近些年被作为 WDM-PON 系统中源来研究[24]。2009 年，Gong-Ru Lin 等人提出了采用的 DWDM-PON，具有 1.25 Gbit / s 的传输速率，并讨论了上传输 25 km 前后的啁啾和与注入锁定模式数相关的误比特在此基础上，2010 年他们通过调偏置电流和工作温度，讨SE 注入锁定的 WRC-FPLD 的误比特率(BER)，消光比(ER究的内容和意义用型无源光网络(WDM-PON)由于具有多信道，配置灵活、光接入网重要的发展方向[27-30]。随着用户数量和网络容量的始关心波分复用型无源光网络(WDM-PON)的安全性。近年光网络(WDM-PON)系统中已经开始使用基于半导体激光保密通信技术，它能够在物理层上增强波分复用型无源光

变化曲线,半导体激光器,光子数,载流子

int1( ) [ ( )]2g mgdgdt (2-14)在方程(2-14)中，g 表示的是微分增益系数，G 为增益系数，通过方程(2-14)，我们可以知道它的基本的物理意义是：相位会随着增益在阈值处发生变化的时候而也发生变化的。同时，增益的变化也会影响折射率，使折射率发生变化，而折射率的变化则会使得纵模发生频移。因为在半导体激光器内，它的有源区的尺寸与扩散长度对比，是比较短的，那么在半导体激光器的有源区内的载流子浓度几乎没有变化，故而我们可以不用考虑载流子的扩散。那么载流子的速率方程我们可以写为：gsdN I NgSdt eV (2-15)其中方程(2-12)，(2-14)还有(2-15)，表示的是单模半导体激光器的稳态速率方程。半导体激光器在刚运行的时候，光子衰减速率与粒子数反转速率相比，

区域图,频率失谐,非锁定,相位空间

光注入锁定中起着重要作用。用式子(2-24)中的关系，量： 2 222 21LnnG 等式(2-25)中，正号和负号表示相位为弧度 0 或π的对sS 有两个解。一个是稳定的解，另一个是非稳定的解生在稳定或接近稳定解的时候。中，非锁定区域内，当频率失谐在零附近时，我们可以预四波混频。事实上，当这些区域中的频率失谐和注入各种动力学。在光注入锁定的区域中，存在稳定和不的注入锁定区域，我们还可以观察到某些参数范围内的非对称特性，是由于参数引起的，再次证明了参值是非零的事实。

【相似文献】