專利名稱：一種混沌激光控制器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于多模光纖傳感的混沌激光器控制領(lǐng)域，具體涉及一種多模光纖調(diào)制混沌激光的控制系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
1975年,H ·Haken證明了均勻展寬半徑經(jīng)典理論的單模Maxwell-Bloch激光方程與Lorenz方程在形式上是等價的，從此開辟了激光混沌研究的新領(lǐng)域。根據(jù)激光器輸出穩(wěn)定性的條件，可分為A、B、C三類。A類和B類激光器在外部擾動下出現(xiàn)輸出不穩(wěn)定性，C類激光器本身就可能出現(xiàn)輸出不穩(wěn)定性，可以說激光器輸出的不穩(wěn)定性是一個普遍現(xiàn)象，而混沌激光的產(chǎn)生是激光器不穩(wěn)定性的一個特例?；煦缂す庾鳛榧す馄鬏敵龅囊环N特殊形式，指激光器的輸出(光強(qiáng)、波長或位相)在時域上不再是穩(wěn)態(tài)，而是類似噪聲的隨機(jī)變化，此時激光器的動態(tài)特性同樣可以由確定的速率方程來描述，但因?qū)Τ跏紬l件的極度敏感性使得輸出隨機(jī)變化。近年來，混沌激光的基礎(chǔ)研究涉及非線性系統(tǒng)、混沌理論、遍歷理論和隨機(jī) 有限元近似等多方面內(nèi)容。隨著混沌激光的基礎(chǔ)理論與應(yīng)用技術(shù)的不斷被提出與完善，混沌激光的應(yīng)用研究已涉及混沌保密通信、混沌激光雷達(dá)、混沌光時域反射儀、激光相干長度的調(diào)控等方面。因而對于怎樣獲得波長可調(diào)諧的混沌激光的研究具有一定的必要性。在光學(xué)領(lǐng)域里主要有三種產(chǎn)生混沌的模型，研究的較為廣泛的光學(xué)混沌產(chǎn)生系統(tǒng)有環(huán)形腔激光器混沌產(chǎn)生法、光電延時反饋激光器混沌產(chǎn)生法以及外部反饋半導(dǎo)體激光器混沌產(chǎn)生法。2005年余重秀實驗組在論文“基于摻鉺光纖環(huán)形激光器波長調(diào)諧混沌的產(chǎn)生與同步”中分析摻鉺光纖環(huán)形激光器中基于非線性原理高頻光混沌產(chǎn)生和同步的基本模型，提出了波長可調(diào)諧混沌的實驗方案，實驗實現(xiàn)了波長可調(diào)諧光混沌的產(chǎn)生。然而該系統(tǒng)較為復(fù)雜，且是在混沌激光產(chǎn)生后再進(jìn)行濾波調(diào)制，調(diào)制范圍小。在這里我們將介紹一種光反饋模式下的混沌激光的產(chǎn)生系統(tǒng)。讓DBR或DFB摻鉺光纖激光器的輸出光經(jīng)過單模-多模-單模光纖結(jié)構(gòu)后再反饋回該激光器，形成混沌激光輸出系統(tǒng)。由于不同溫度或應(yīng)力下的多模光纖對光的濾波不一樣，其輸出光譜的凹陷處對應(yīng)波長、位相及光強(qiáng)都會隨著多模光纖的溫度和應(yīng)力的變化而發(fā)生改變。而多模光纖透射光譜的特性的變化使得作用于光纖激光器的反饋光的特性在發(fā)生同步的變化，反饋光的改變使摻鉺光纖激光器產(chǎn)生的混沌激光的波長及光強(qiáng)等發(fā)生改變。因此，可以通過改變作用到多模光纖的溫度、應(yīng)力等來控制摻鉺光纖激光器產(chǎn)生不同特性的混沌激光，成為混沌激光控制器。這種混沌控制器結(jié)構(gòu)簡單，操作方便，波長可控制范圍大，且比較穩(wěn)定不易受到外界環(huán)境的干擾。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種結(jié)構(gòu)簡單、穩(wěn)定性強(qiáng)、能夠產(chǎn)生不同特性混沌激光的混沌激光控制器。本發(fā)明的目的是這樣實現(xiàn)的本發(fā)明包括摻鉺光纖激光器、環(huán)形器、單模-多模-單模光纖結(jié)構(gòu)、光檢測器以及環(huán)境控制裝置，摻鉺光纖激光器中產(chǎn)生的激光隨環(huán)形器的一端進(jìn)入單模-多模-單模光纖結(jié)構(gòu)，由環(huán)形器的另一端導(dǎo)出進(jìn)入摻鉺光纖激光器諧振腔成為反饋光，并產(chǎn)生混沌激光，經(jīng)摻鉺光纖激光器中的波分復(fù)用器進(jìn)入光檢測器，其中環(huán)境控制裝置安裝在單模-多模-單模光纖結(jié)構(gòu)中的多模光纖處控制多模光纖外部的環(huán)境。環(huán)境控制裝置為溫控裝置，可以控制多模光纖所處的溫度環(huán)境從而改變多模光纖透射譜凹陷處的中心波長、光強(qiáng)。環(huán)境控制裝置還可以為PZT壓電陶瓷，可以控制多模光纖所處的應(yīng)力環(huán)境從而改變多模光纖透射譜凹陷處的中心波長、光強(qiáng)。單模-多模-單模光纖結(jié)構(gòu)中的多模光纖的長度為3cm至5cm，纖芯直徑為105 μ m0摻鉺光纖激光器為DBR型摻鉺光纖激光器。 摻鉺光纖激光器還可以為DFB型摻鉺光纖激光器。本發(fā)明的有益效果在于(I)本發(fā)明提出的利用多模光纖的透射譜來形成光反饋的方式與先前的利用反射鏡進(jìn)行光反饋的方式相比，具有可調(diào)節(jié)反饋光波長、光強(qiáng)等作用，即實現(xiàn)了對摻鉺光纖激光器中混沌激光輸出波長的控制。(2)多模光纖是天然的濾波器，利用多模光纖的濾波特性來改變多模光纖的透射譜凹陷處的波長、光強(qiáng)等特性，具有操作方便，結(jié)構(gòu)簡單，不易受到電磁干擾等特點。(3)多模光纖的透射光譜對溫度和應(yīng)力敏感，通過調(diào)節(jié)作用于多模光纖的溫度或者應(yīng)力來改變多模光纖的透射譜。透射譜的改變即改變了摻鉺光纖激光器反饋光的特性，最終獲得不同特性的混沌激光，這樣得到的混沌激光具有波長可調(diào)范圍大等優(yōu)點。


圖I為混沌控制器結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為混沌控制器結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為DBR摻鉺光纖激光器結(jié)構(gòu)意圖；圖4為單模-多模-單模光纖結(jié)構(gòu)示意圖；圖5為多模光纖透射譜隨溫度漂移示意圖；圖6為多模光纖透射譜隨應(yīng)力的漂移示意圖。
具體實施例方式為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚明白，以下結(jié)合具體的實施例，并參照附圖，對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)的說明。實施方式一圖I是利用溫控裝置調(diào)節(jié)溫度來控制激光器混沌激光輸出的示意圖。具體實施方法如下圖I中選用的摻鉺光纖激光器可以為DFB或DBR。在這里是以DBR型為例，其結(jié)構(gòu)示意圖如圖3所示。DBR的諧振腔是由兩個Bragg波長相同的光纖光柵熔接在一段摻鉺光纖的兩端構(gòu)成，兩個光柵作為腔鏡，在中間接入一定長度的高摻Er3+光纖以提供光增益，泵浦光源經(jīng)波分復(fù)用器(WDM)耦合進(jìn)入諧振腔，在摻Er3+光纖中形成粒子數(shù)反轉(zhuǎn)產(chǎn)生受激輻射光，經(jīng)過第二個光纖布拉格光柵得到波長為1548nm左右的激光輸出。圖I中選用的單模光纖3采用標(biāo)準(zhǔn)型單模光纖，選用的多模光纖4直徑為125 μ m、芯徑為105 μ m、長度為3cm至5cm左右。通過熔接的方式將多模光纖熔接到兩段單模光纖之間。這種單模-多模-單模光纖結(jié)構(gòu)示意圖如圖4所示。如圖I所示，光由泵浦光源Ia發(fā)出經(jīng)波分復(fù)用器Ib耦合進(jìn)入摻鉺光纖激光器諧振腔lc，在諧振腔里產(chǎn)生激光并從環(huán)形器2的一端進(jìn)入單模光纖3，隨后導(dǎo)入多模光纖4，通過溫控裝置5調(diào)節(jié)作用于多模光纖的溫度的大小，使多模光纖的透射光的波長及光強(qiáng)等變化。多模光纖的透射光由單模光纖3從環(huán)形器2的另一端以光反饋的形式進(jìn)入摻鉺光纖激光器的諧振腔Ic最終產(chǎn)生混沌激光ld，產(chǎn)生的混沌激光Id經(jīng)波分復(fù)用器Ib輸出，并用光檢測器6進(jìn)行檢測。實施方式二 如圖2所示，是通過調(diào)節(jié)作用于多模光纖的應(yīng)力來控制激光器混沌激光輸出的結(jié)構(gòu)示意圖。具體實施方法與實施方式一相似，區(qū)別僅僅為此方案中是通過調(diào)節(jié)加載到PZT5’的電壓和頻率等來改變作用到多模光纖上的應(yīng)力，通過對應(yīng)力大小的控制改變多模光纖的透射譜凹陷處的波長及光強(qiáng)等，最終達(dá)到調(diào)諧混沌激光輸出的目的。本發(fā)明對混沌激光輸出的控制的原理為光由980nm泵浦光源輸出，經(jīng)WDM后進(jìn)入DBR摻鉺光纖激光器，摻鉺光纖激光器中Bragg光纖光柵構(gòu)成激光器的腔鏡，光源在摻鉺光纖中形成粒子數(shù)反轉(zhuǎn)產(chǎn)生受激輻射光。光纖激光器產(chǎn)生的激光經(jīng)過環(huán)形器進(jìn)入單模-多模-單模光纖結(jié)構(gòu)，改變作用于多模光纖的溫度或應(yīng)力，使多模光纖的輸出的透射光發(fā)生改變，從而使得反饋回DBR光纖激光器的光的特性發(fā)生變化。由于反饋光的存在可導(dǎo)致激光器產(chǎn)生混沌激光，并且不同的反饋光引起的混沌激光輸出也會不一樣，因此改變反饋光的波長、光強(qiáng)等參數(shù)則可得到不同波長的混沌激光的輸出。并利用光檢測器來檢測輸出的混沌激光的特性。因此在本發(fā)明的裝置里調(diào)節(jié)溫控裝置或PZT則可以控制摻鉺光纖激光器DBR的混沌激光的輸出，使之成為一個混沌激光輸出的控制器。多模光纖透射譜漂移原理基于多模干涉理論，不同多模光纖中干涉處的波長可由下式得出λ =-^nComa N- > "、(I)其中N是整數(shù)，m, η表示模式數(shù)，ncore, L、a分別是多模光纖纖芯折射率、多模光纖長度及芯徑。而環(huán)境的改變通常會影響多模光纖的參數(shù)，從而使波長發(fā)生漂移。最常見的擾動因素有溫度和應(yīng)力等。首先，將(I)對T求偏導(dǎo)可得波長隨溫度變化^ = ^^ΑΤ + 2^ΑΤ--^-ΑΤ = (α + ξ)ΑΤ(2)(括號類型改變)
A ncoredlatil Ldl式中其中α和ξ分別為多模光纖材料的熱膨脹系數(shù)和熱光系數(shù)。因此理論上可推知溫度可以使波長發(fā)生漂移。為了更具說服力我們引入了實驗部分來驗證這一結(jié)論的正確性。如附圖5所示，為同一多模光纖在不同溫度下時的透射譜，由圖可以得知不同溫度下多模光纖的透射譜的透射波長發(fā)生改變，而且隨著溫度的增加透射譜的波長表現(xiàn)為紅移。因此，通過溫控裝置改變多模光纖的溫度，則可以改變其透射譜的波長，從而調(diào)諧混沌激光波長及光強(qiáng)等的輸出。在溫度不變時，應(yīng)力引入的波長漂移同樣可以得到，可表示為
權(quán)利要求
1.一種混沌激光控制器，包括摻鉺光纖激光器、環(huán)形器、單模-多模-單模光纖結(jié)構(gòu)、光檢測器以及環(huán)境控制裝置，其特征在于摻鉺光纖激光器中產(chǎn)生的激光隨環(huán)形器的一端進(jìn)入單模-多模-單模光纖結(jié)構(gòu)，由環(huán)形器的另一端導(dǎo)出進(jìn)入摻鉺光纖激光器諧振腔成為反饋光，并產(chǎn)生混沌激光，經(jīng)摻鉺光纖激光器中的波分復(fù)用器進(jìn)入光檢測器，其中環(huán)境控制裝置安裝在單模-多模-單模光纖結(jié)構(gòu)中的多模光纖處控制多模光纖外部的環(huán)境。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種混沌激光控制器，其特征在于所述的環(huán)境控制裝置為溫控裝置，可以控制多模光纖所處的溫度環(huán)境從而改變多模光纖透射譜凹陷處的中心波長、光強(qiáng)。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種混沌激光控制器，其特征在于所述的環(huán)境控制裝置為PZT壓電陶瓷，可以控制多模光纖所處的應(yīng)力環(huán)境從而改變多模光纖透射譜凹陷處的中心波長、光強(qiáng)。
4.根據(jù)權(quán)利要求I至3任一項所述的一種混沌激光控制器，其特征在于所述單模-多模-單模光纖結(jié)構(gòu)中的多模光纖的長度為3cm至5cm，纖芯直徑為105 μ m。
5.根據(jù)權(quán)利要求I至3任一項所述的一種混沌激光控制器，其特征在于所述摻鉺光纖激光器為DBR型摻鉺光纖激光器。
6.根據(jù)權(quán)利要求I至3任一項所述的一種混沌激光控制器，其特征在于所述摻鉺光纖激光器為DFB型摻鉺光纖激光器。
全文摘要
本發(fā)明屬于多模光纖傳感的混沌激光器控制領(lǐng)域，具體涉及一種多模光纖調(diào)制混沌激光的控制系統(tǒng)。本發(fā)明包括摻鉺光纖激光器、環(huán)形器、單模-多模-單模光纖結(jié)構(gòu)、光檢測器以及環(huán)境控制裝置，摻鉺光纖激光器中產(chǎn)生的激光隨環(huán)形器的一端進(jìn)入單模-多模-單模光纖結(jié)構(gòu)，由環(huán)形器的另一端導(dǎo)出進(jìn)入摻鉺光纖激光器諧振腔成為反饋光，并產(chǎn)生混沌激光，經(jīng)摻鉺光纖激光器中的波分復(fù)用器進(jìn)入光檢測器，其中環(huán)境控制裝置安裝在單模-多模-單模光纖結(jié)構(gòu)中的多模光纖處控制多模光纖外部的環(huán)境。本發(fā)明具有可調(diào)節(jié)反饋光波長、光強(qiáng)等作用，操作方便，結(jié)構(gòu)簡單，不易受到電磁干擾，波長可調(diào)范圍大等特點。
文檔編號H01S3/10GK102842845SQ201210334250
公開日2012年12月26日 申請日期2012年9月11日 優(yōu)先權(quán)日2012年9月11日
發(fā)明者張建中, 劉亞南, 趙衍雙, 李保勇, 孫偉民 申請人:哈爾濱工程大學(xué)