基于光纤色散与自相位调制的混沌激光特性优化

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混沌激光具有宽频谱,类噪声等特性,在混沌保密通信、混沌雷达、物理随机数生成、光时域反射测量和分布式光纤传感等领域具有重要应用。混沌激光的产生通常采用结构简单的光反馈半导体激光器,存在反馈外腔引起的混沌时延特征(TDS)、弛豫振荡频率导致混沌频谱不平坦、带宽(BW)窄等问题,这限制了混沌激光的应用。因此,亟需开展抑制混沌时延特征与增强混沌频谱带宽等混沌特性优化的研究。本文提出利用单模光纤中的色散和自相位调制效应抑制混沌时延特征和增强混沌频谱带宽,该仿真模型可具体地调节光纤中各项参数,从而定量地控制色散与自相位调制效应的强弱,节省了实验成本并且可为后续研究提供理论指导。本文研究工作具体开展如下:(1)利用Lang-Kobayashi速率方程和非线性Schr?dinger方程建立了光纤色散和自相位调制效应抑制混沌时延特征与增强混沌频谱带宽的理论模型。在仿真模拟中通过调节单模光纤中的二阶色散系数与平均入纤光功率控制色散和自相位调制效应,结果表明:当光纤长度达到混沌激光色散长度后,由于色散效应显著增强使得混沌时延特征开始得到抑制,随后该混沌时延特征处的自相关系数将以最快0.5 d B/km的抑制速率下降。而当混沌激光在光纤中传输至一定长度后,自相位调制效应也累积至显著的作用范围,此时混沌时延特征达到稳定的最佳抑制状态,抑制效果可达11.6 d B。(2)开展了光纤色散与自相位调制效应实现混沌频谱带宽增强的研究,数值分析结果表明:当混沌激光的平均入纤光功率达到14.9 m W时,根据不同的光纤长度和相应的二阶色散系数,混沌频谱带宽均可被增强40%以上。特别地,当光纤长度为10 km,二阶色散系数为4 ps~2/km时,带宽由6.51 GHz增加到了9.46 GHz,约增强45.3%。并在此基础上,实现了混沌时延特征抑制和频谱带宽增强的同时优化。
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