偏振改变的FBG光反馈下1550nm VCSELs混沌信号的延时特征和带宽研究

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近年来,由于光混沌在安全保密通信、混沌雷达、随机数的产生等方面具有重大的应用价值受到广泛关注。尽管外腔反馈半导体激光器是常见的光混沌保密通信源,但是这种常见的光混沌保密通信源在获得高维的混沌输出同时相应地引入了延时特征(TDS)。目前已提出许多关于这个问题的解决方案,但大部分的技术都是针对边发射激光器(EELs)的。根据发射波长划分,1550nm垂直腔表面发射激光器(VCSELs)作为长波长激光器,不仅具有普通VCSELs优于传统EELs的诸多地方,而且在城际光互连、高速光网络等方面具有重要的应用价值。随着混沌保密通信技术的不断发展,能够实现多向通信方式的混沌同步网络相继被提出,这些混沌网络大都基于常规边发射激光器(EELs),但由于混沌载波带宽的限制其信号传输能力都在10GHz以内,为了顺应现代大容量通信的需求,能够实现更高通信容量的混沌同步网络有待提出。本文通过外腔偏振旋转的光纤布拉格光栅(FBG)光反馈引入混沌,提出了一种新的抑制1550nmVCSEL混沌信号延时特征(TDS)的方法。同时采用FBG偏振旋转光反馈,对多个1550nm VCSELs组成的同步通信网络进行了研究。本文采用自旋反转模型进行速率方程数值模拟,对混沌信号的输出,采用自相关函数(SF)和排列熵方法(PE)来考察相关系统混沌信号的TDS。在1550nmVCSEL混沌同步网络中,为了确保混沌的有效性,采用了有效带宽计算方法,并通过互相关函数,计算了相关激光器之间的同步系数。研究结果表明:在合适的反馈条件下,偏振旋转光反馈的VCSEL系统(VPFBGF-VCSELs)能有效地抑制混沌输出的TDS。这种TDS的抑制能够优于传统反馈方式下的TDS。另一方面,偏振旋转光反馈下的1550nm VCSEL混沌同步网络中,通过FBG偏振旋转光反馈,驱动激光器(D-VCSEL)的TDS得到抑制。偏振分解的响应激光器(R-VCSEL)的两个偏振分量有效带宽得到了较大提高,在较大的参数范围内,R-VCSEL两个正交方向的输出混沌带宽高达20GHz。各R-VCSEL相应分量之间的完全同步系数接近1,即实现了宽带同步的混沌载波输出。本文的研究结果为实现安全性能较高且容量较大的光纤通信网络提供了相关的理论指导。
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