【摘 要】
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混沌信号具有类噪声、高带宽、随机性强等特点,在加密通信、随机数发生器、车载激光雷达等领域有重要应用价值。特别是在激光雷达领域,混沌激光的功率决定了雷达的有效探测距离。因此,实现高功率的混沌激光产生是车载混沌激光雷达发展的必然趋势。1550nm波长处于激光的近红外波段,相比于传统激光雷达使用的800～1000nm波段激光信号,1550nm激光在雾霾、沙尘等低能见度天气下穿透能力更强,对人眼也更安全。
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混沌信号具有类噪声、高带宽、随机性强等特点,在加密通信、随机数发生器、车载激光雷达等领域有重要应用价值。特别是在激光雷达领域,混沌激光的功率决定了雷达的有效探测距离。因此,实现高功率的混沌激光产生是车载混沌激光雷达发展的必然趋势。1550nm波长处于激光的近红外波段,相比于传统激光雷达使用的800～1000nm波段激光信号,1550nm激光在雾霾、沙尘等低能见度天气下穿透能力更强,对人眼也更安全。因此,研究基于1550nm的近红外混沌激光雷达对于提升车载激光雷达在恶劣天气中的探测性能具有重要意义。本论文实现了接近W级功率的1550nm混沌激光产生,并将其应用于激光雷达测距。本文的主要工作及结果如下:1.介绍了混沌激光的产生原理、特点及发展现状;分析了大功率1550nm混沌激光在雷达测距方面的优势,并简要介绍了大功率半导体激光器的研究现状。2.介绍了半导体激光器的工作原理和内部结构;理论仿真了混沌激光的产生;分析了激光器参数尤其是外部参数（如偏置电流、反馈强度等）对混沌激光光谱、频谱宽度以及自相关特征等性能的影响。3.首先实验研究了大功率多模F-P半导体激光器的自由运行工作特性;随后进一步研究了基于光反馈结构的F-P半导体激光器工作特性,通过改变反馈强度和偏置电流大小,分析激光器进入混沌状态的路径。实验发现:当偏置电流为1.5Ith（阈值电流）时,激光器从周期状态进入混沌状态,而当偏置电流增加到3Ith时,激光器在低反馈强度下即可产生混沌信号,对比得到结论:偏置电流升高会使激光器更快进入混沌状态;同时发现:在同一反馈强度下改变偏置电流大小,信号的带宽会随着电流增大而先增加后减小。4.研究了混沌激光雷达的测距性能,主要分析了在不同偏置电流和反馈强度下混沌激光信号的时域特征和自相关特性,获取了最佳偏置电流和反馈强度参数范围。混沌激光雷达测距实验结果结合理论分析表明:本文构建的1550nm大功率混沌激光雷达可以实现与距离无关的6.3cm空间分辨率。
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