VCSEL混沌输出的延时特征抑制研究

【摘要】垂直腔面发射激光器(Vertical-cavitysurface-emittinglaser,VCSEL)作为一种新型的半导体激光器,在过去几十年中发展迅速。相对于传统边发射半导体激光器(Edge-emittingsemiconductorlaser,EEL)而言,VCSEL具有低阈值电流,易于实现单纵模输出,易于集成封装为二维阵列等优点。VCSEL在光反馈,光注入以及光电反馈等外部扰动下能够实现宽带混沌光输出,而复杂的激光混沌信号在光混沌保密通信以及高速随机数获取等诸多领域均具有重要应用。光反馈VCSEL系统因其较简单的结构以及较易获取高维混沌光输出被广泛采用。但是,光外腔的引入导致绝大多数的光反馈VCSEL系统混沌输出中包含明显的延时特征。这种延时特征的存在降低了混沌信号的随机性。对高速随机数获取而言,混沌延时特征会在光混沌信号中引入周期特性,从而严重影响随机序列的统计性能。对于光混沌保密通信而言,攻击者可以根据混沌信号中的延时特征重构系统,进而对混沌保密通信造成很大威胁。因此,对VCSEL混沌输出的延时特征抑制研究具有重要意义。本文基于自旋反转模型(SFM),利用自相关函数和排列熵法,理论研究了互耦VCSELs系统以及光纤布拉格光栅(FBG)反馈VCSEL系统混沌输出的延时特征。结果表明：在互耦VCSELs系统中,耦合强度以及两激光器间的频率失谐是影响混沌延时特征的关键因素。在合适耦合强度以及频率失谐条件下,激光器两个偏振方向混沌输出中的延时特征能够同时被抑制。互耦VCSELs系统在一定的内部参数失配条件下,混沌输出的延时特征有相似的演化趋势；在光纤布拉格光栅反馈VCSEL系统中,FBG提供分布式光反馈,较普通平面镜而言对混沌输出的延时特征抑制效果更为明显。数值模拟表明光栅耦合系数以及光反馈率对混沌延时特征具有较大影响,绘制了延时特征在光反馈率和光栅耦合系数两个参数空间中的演化图,进而确定了FBG反馈VCSEL系统抑制延时特征的最佳参数区域。
【作者】钟祝强；
【导师】吴正茂；
【作者基本信息】西南大学，信号与信息处理，2014，硕士
【关键词】垂直腔面发射激光器；混沌；互耦；光反馈；延时特征；

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