基于光纤信道的光混沌通信(毕业论文)

《基于光纤信道的光混沌通信(毕业论文)》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、基于光纤信道的光混沌通信陈章摘要激光器的不稳定性是一个普遍现象，而混沌是激光器不稳定性的一个重要特例。混沌激光作为激光器输出的一种特殊形式，具有类噪声宽频谱的特性。近年来，基于混沌激光通信的一些应用技术相继被提出与完善。本文结合国内外研究现状，简要介绍了利用半导体激光器产生混沌激光，以及混沌激光在保密光通信、混沌光通信与现行光通信波分复用传输等方面的应用。关键词半导体激光器混沌激光保密通信波分复用传输1引言自从1960年世界上第一台红宝石激光器问世以来，激光技术及应用得到快速发展。激光器的主要应用包括：光显示、光存储、激光材料加工、激光医学、光纤通信、激光检测和光谱分析等方面。激光器是一个非线

2、性系统，其输出可分为稳态、非稳态和混沌三种形式。按照激光器腔内电场、粒子数及相位弛豫时间长短的分类，所有的激光器均可分为A，B，C三类[1～3]。A类和B类激光器在外界动下(即引入一个自由度)可能无法稳定工作，C类激光器本身就可能运行在非稳态或者混沌输出的状态。A类和B类激光器所受的外界扰动，最简单、也是最常见的形式即外部光学元件引起的光反馈，如耦合或准直透镜的表面反射、光纤端面和被照射器件表面反射等。可以说，光反馈在激光器应用中是不可避免的，换言之，激光器的不稳定性是一个普遍现象。R.Lang等发现外部光反馈引起半导体激光器的非稳定性和混沌。混沌激光是激光器输出不稳定性的一种特殊形式，此时尽

3、管激光器的动态特性同样可以由确定的速率方程来描述，但是激光器的输出(光强、波长、相位)在时域上不再是稳态，而是类似噪声的随机变化。在早期的研究中，侧重于研究如何抑制光反馈或外光注入激光器的噪声和不稳定输出，以保持激光器的稳态工作。20世纪80年代，人们逐渐揭示了光反馈(及光注入)激光器的动态特性，发现了激光器从低频起伏(LowFrequencyFluctuation)到混沌，从倍周期到混沌的演变过程。1990年，Ott等相继提出了混沌控制和混沌同步的概念，启示人们混沌激光可能有着重要的应用。本文结合国内外研究现状，对光反馈(或外光注入)下半导体激光器产生混沌激光，特别是混沌激光的几个重要应用，

4、如混沌保密通信、混沌激光雷达、混沌光时域反射仪、相干长度可调的激光光源。半导体激光器通过光注入,光电反馈,电光反馈,和光反馈可以产生混沌载波〔3-8〕。将信号通过一定方式加载到混沌载波中,利用接收激光器和发射激光器的混沌同步,可以把信号从接收端解调出来,实验上已实现了自由空间混沌信号的传输〔9,10〕。为了实现远程保密通信,人们又提出了基于光纤的光混沌通信系统,并对系统的工作特性进行了一些初步的研究。2.1半导体激光机器的研究现状自1962年第一台半导体激光器诞生以来，经过几十年的发展，半导体激光器的研究取得了长足的发展，波长从红外、红光到蓝绿光，覆盖范围逐渐扩大，各项性能参数也有了很大的提高

5、。和其他类型的激光器相比，半导体激光器由于波长范围宽，制作简单、成本低、易于大量生产，并且具有体积小、重量轻、寿命长等特点，在光通讯、光谱分析和光信息处理等产业以及技术、医疗、生命科学、军事等基础和应用研究方面有着广泛的应用。半导体激光器虽然有上述诸多优势，但在实际应用中，由于其谐振腔的输出频率容易受到环境温度和注入电流的影响，自然运转的半导体激光器的输出线宽通常在100MHz左右，可调性也比较差。这在激光光谱学研究中是不够的。为了克服上述缺点，人们采用延伸腔的办法：利用衍射光栅和激光二极管的后端面组成一个延伸腔，构成了Littrow结构的激光器。衍射光栅产生的1级光反馈回激光二极管实现光反馈

6、。由于输出激光的线宽和腔长成反比，因而利用延伸腔和光反馈可以大大压窄激光的线宽，通常可以到10MHz以下。而衍射光栅和入射光的夹角又直接决定了激光的输出频率，因此衍射光栅又起到了选模的作用。通过调节衍射光栅的角度可以实现激光器在不跳模情况下频率的大范围（通常可以达GHz）扫描，若注入电流配合光栅的角度一起变化，则不跳模的可调范围可以增加到5GHz左右。2.2半导体激光器的硬件系统构成将所有的光学组件：激光二极管、准直镜和光栅全部固定在一个商用的镜架上。采用Pound-Drever-Hall（PDH）方法压窄激光器的线宽，同时，还将稳频所用的参考腔及相关光路和半导体激光头集成在一个封闭铝盒内，使

7、激光器直接输出经过稳频后的激光，可以大大简化系统的体积，实现激光器系统的小型化。主体由激光头外壳、激光管与准直镜支架以及光栅支架组成。激光头外壳为长宽高分别为100mm×100mm×80mm的铝盒，采用材料铝的原因是导热性比较好，同时又比黄铜和不锈钢质量小。激光头的内部结构见图2。图2激光头内部结构装配图为了保证激光管和准直镜的轴心一致，将两者固定于Thorlabs公司生产的型号为LT230P-B