一種雙反饋單片集成混沌半導體激光器的制造方法
【專利摘要】本實用新型涉及混沌激光器領域，具體為一種雙反饋單片集成混沌半導體激光器。解決了現有技術中，產生混沌激光的方法具有體積龐大，易受環境影響、輸出不穩定、帶有明顯的時延特征等技術問題。一種雙反饋單片集成混沌半導體激光器，包括：半導體制冷器、熱沉、準直透鏡、聚焦透鏡、半導體激光器芯片、向半導體激光器芯片供電的電路板和光纖組件；所述半導體激光器芯片貼在電路板上；所述電路板、準直透鏡、聚焦透鏡和光纖組件都固定在熱沉上表面；所述熱沉固定在半導體制冷器上表面；所述半導體激光器芯片、準直透鏡、聚焦透鏡、光纖組件順次排列且準直透鏡、聚焦透鏡、光纖組件順次位于半導體激光器芯片的出射光路上。
【專利說明】
一種雙反饋單片集成混沌半導體激光器
技術領域
[0001]本實用新型涉及混沌激光器領域，具體為一種雙反饋單片集成混沌半導體激光器。
【背景技術】
[0002]混沌激光是半導體激光器輸出不穩定性的一種特殊形式，具有內在隨機性、初值敏感性、非規則的有序性等特性。20世紀80年代，人們先后在C02半導體激光器、Xe半導體激光器、He-Ne半導體激光器、NH3半導體激光器和半導體激光器等一系列半導體激光器中都觀測到了混沌現象，相應半導體激光器系統的混沌激光理論體系也逐步建立和完善。90年代以來，各國研究者們相繼提出了混沌控制和混沌同步的概念，使得混沌激光在高速真隨機密鑰產生、混沌保密通信和混沌密鑰分發、混沌激光雷達和混沌光時域反射儀、混沌超寬帶脈沖(UWB)信號產生、相干長度可調諧光源以及混沌計算等方面的應用得以快速發展，成為未來的研究熱點以及發展方向。
[0003]目前國內外學者進行了大量的研究，主要有三種方式對半導體激光器進行擾動進而產生混沌激光，分別是:(1)光反饋方式(2)光注入方式(3)光電反饋方式。
[0004]然而，以上的混沌激光產生方法，都是在實驗室利用半導體激光器加上各種外部分立光學元件搭建而成的具有體積龐大，易受環境影響、輸出不穩定的特點。由于混沌激光的廣泛應用，由各種外部分立光學元件搭建而成的混沌激光設備，已經不能滿足要求，要真正實現混沌光源的實用化和產業化，就必須研制體積小、性能穩定、低成本的光子集成混沌半導體激光器。
[0005]在國內，光子集成混沌半導體激光器剛剛起步，各單位所研制的光子集成混沌半導體激光器均采用了延時光反饋結構，但是，對于這種具有固定反饋面和反饋腔長結構的光反饋半導體激光器，其所產生的混沌激光帶有明顯的時延特征信息，這對利用混沌激光作為物理熵源產生高速物理隨機數是極其有害的。此外，受半導體激光器馳豫振蕩的影響，光反饋半導體激光器產生的混沌信號的能量在頻域上主要集中在馳豫振蕩頻率附近，造成功率譜不平坦、低頻抑制嚴重、帶寬窄，這會嚴重影響混沌光時域反射儀和混沌激光雷達的分辨率、限制混沌光通信的傳輸速率以及產生隨機數的碼率。
[0006]基于上述問題，本實用新型用于研制無時延特征、功率譜平坦、寬帶的光子集成混沌半導體激光器。
【發明內容】
[0007]本實用新型為解決現有技術中，產生混沌激光的方法具有體積龐大，易受環境影響、輸出不穩定、帶有明顯的時延特征等技術問題，提供一種雙反饋單片集成混純半導體激光器。
[0008]本實用新型是采用如下技術方案實現的:一種雙反饋單片集成混沌半導體激光器，包括:半導體制冷器、熱沉、準直透鏡、聚焦透鏡、半導體激光器芯片、向半導體激光器芯片供電的電路板和光纖組件;所述半導體激光器芯片貼在電路板上；所述電路板、準直透鏡、聚焦透鏡和光纖組件都固定在熱沉上表面;所述熱沉固定在半導體制冷器上表面;所述半導體激光器芯片、準直透鏡、聚焦透鏡、光纖組件順次排列且準直透鏡、聚焦透鏡、光纖組件順次位于半導體激光器芯片的出射光路上。
[0009]所述半導體激光器芯片包括共軸且由左向右順次排列的左增益-吸收部分、左相位調節部分、半導體激光器部分、右相位調節部分和右增益-吸收部分;所述左增益-吸收部分的左端面作為半導體激光器芯片的出射端且正對準直透鏡。
[0010]還包括一個其上開有出光口的殼體;所述半導體制冷器、熱沉、準直透鏡、聚焦透鏡、半導體激光器芯片、電路板和光纖組件均位于殼體內；所述半導體制冷器的底部與殼體底部內壁緊密接觸;所述光纖組件通過出光口由殼體內部伸至殼體外部。
[0011]殼體外側兩邊對稱設有引腳，共有14根;半導體激光器芯片五個部分的正負極分別與電路板上的正負極用金線連接，電路板的正負極則通過金絲鍵合的方式與引腳連接。
[0012]右增益-吸收部分的右端設有一個光電探測器，相當于光電探測器位于殼體內部半導體激光器芯片的后面用于監測半導體激光器芯片是否發光。
[0013]更具體的，左增益-吸收部分靠近準直透鏡的一面鍍增透膜，用于產生反饋，并且可以調節輸出光和反饋光的強度。
[0014]更具體的，右增益-吸收部分在靠近光電探測器的一面鍍增反膜，用于產生反饋，并且可以調節輸出光和反饋光的強度。
[0015]當外界給引腳加電，半導體激光器部分左面發出的光經左相位調節部分和左增益-吸收部分反饋給半導體激光器部分，同時半導體激光器部分右面發出的光經右相位調節部分和右增益-吸收部分反饋給半導體激光器部分，反饋光使半導體激光器部分產生混沌激光，然后混沌激光在經左相位調節部分和左增益-吸收部分輸出，然后經準直透鏡壓縮，然后經聚焦透鏡匯聚，最后由光纖組件接收并導出。
[0016]與現有技術相比，本實用新型提供一種雙反饋單片集成混沌半導體激光器，此結構中半導體激光器部分13為整個半導體激光器芯片提供輸出光，輸出光在半導體激光器芯片中發生雙反饋，這一結構徹底消除了單腔光反饋混沌半導體激光器的時延特性，降低其弱周期性，提高其隨機性且雙反饋提高了集成器件的混沌帶寬，使頻譜更加平坦。
【附圖說明】
[0017]圖1是本實用新型的一種雙反饋單片集成混沌半導體激光器的俯視結構示意圖。
[0018]圖2是本實用新型所述半導體激光器芯片的結構示意圖。
[0019]1-殼體、2-引腳、3-半導體制冷器、4-熱沉、5-準直透鏡、6-聚焦透鏡、7-半導體激光器芯片、8-熱敏電阻、9-光纖組件、10-出光口，11-左增益-吸收部分、12-左相位調節部分、13-半導體激光器部分、14-右相位調節部分、15右增益-吸收部分。
【具體實施方式】
[0020]下面將結合附圖，對本實用新型實施例中的一種技術方案進行清楚、完整的描述。
[0021]如圖1，本實用新型提供一種雙反饋單片集成混沌半導體激光器，其結構包括:殼體1、引腳2、半導體制冷器3、熱沉4、準直透鏡5、聚焦透鏡6、半導體激光器芯片7、熱敏電阻8、光纖組件9、殼體I上的出光口 1。
[0022]所述殼體I底部采用導熱性較好的純銅，兩邊對稱設有引腳2接口；所述引腳2兩邊對稱共有14根;所述半導體制冷器3采用帕爾貼原理制成，當半導體激光器芯片7的工作溫度超過設置值時給半導體制冷器3正向加電流進行制冷散熱，當半導體激光器芯片7的工作溫度沒有達到設置溫度值時給半導體激光器芯片7反向加電進行升溫加熱，這樣即可實現其對溫度的控制，半導體制冷器3在殼體I內部，與殼體I緊密接觸的是半導體制冷器的熱面且半導體制冷器3周圍使用隔熱材料做成隔熱圈(圖中未標出)以減少制熱面產生的熱量向制冷面傳遞;所述熱沉4采用導熱系數較大的純銅，厚度不小于0.15cm，在半導體制冷器3上部且與半導體制冷器3的冷面接觸;所述光纖組件9、所述準直透鏡5、所述聚焦透鏡6、所述電路板都固定于所述熱沉4上，其中所述準直透鏡直徑為2.5mm，焦距是0.7mm用于將光壓縮準直;所述聚焦透鏡直徑為3mm，焦距為1.8mm用于將準直光匯聚;所述半導體激光器芯片7、所述熱敏電阻8都貼在所述電路板上，熱敏電阻8采用貼片式熱敏電阻用于監測半導體激光器芯片7的工作度。
[0023]所述半導體激光器芯片共有五部分組成分別是:左增益-吸收部分11在準直透鏡5的后面且靠近準直透鏡5的一面鍍增透膜，用來調節輸出光和反饋光的強度;左相位調節部分12在左增益-吸收部分11的右邊，用來調節輸出光和反饋光的相位;半導體激光器部分13在左相位調節部分12的右邊，用于給整個芯片提供輸出光和反饋光；右相位調節部分14在半導體激光器部分13的右邊，用來調節輸出光和反饋光的相位;右增益-吸收部分15在右相位調節部分14的右邊，光電探測器的前面且在靠近光電探測器的一面鍍增反膜，用來調節輸出光和反饋光的強度。這五部分的正負極分別與電路板上的正負極用金線連接，電路板的正負極則通過金絲鍵合的方式與引腳連接。
[0024]在本實施例中，半導體激光器部分13左面發出的光經左相位調節部分12和左增益-吸收部分11反饋給半導體激光器部分13，同時半導體激光器部分13右面發出的光經右相位調節部分14和右增益-吸收部分15反饋給半導體激光器部分13，反饋光使半導體激光器部分13產生混沌激光，然后混沌激光在經左相位調節部分12和左增益-吸收部分11輸出，然后經準直透鏡5壓縮，然后經聚焦透鏡6匯聚，最后由光纖組件9接收并導出。
【主權項】
1.一種雙反饋單片集成混沌半導體激光器，其特征在于，包括:半導體制冷器(3)、熱沉(4)、準直透鏡(5)、聚焦透鏡(6)、半導體激光器芯片(7)、向半導體激光器芯片(7)供電的電路板和光纖組件(9);所述半導體激光器芯片(7)貼在電路板上;所述電路板、準直透鏡(5)、聚焦透鏡(6)和光纖組件(9)都固定在熱沉(4)上表面;所述熱沉(4)固定在半導體制冷器(3)上表面;所述半導體激光器芯片(7)、準直透鏡(5)、聚焦透鏡(6)、光纖組件(9)順次排列且準直透鏡(5)、聚焦透鏡(6)、光纖組件(9)順次位于半導體激光器芯片(7)的出射光路上。2.如權利要求1所述的一種雙反饋單片集成混沌半導體激光器，其特征在于，所述半導體激光器芯片(7)包括共軸且由左向右順次排列的左增益-吸收部分(11)、左相位調節部分(12)、半導體激光器部分(13)、右相位調節部分(14)和右增益-吸收部分(15);所述左增益-吸收部分(11)的左端面作為半導體激光器芯片(7)的出射端且正對準直透鏡(5)。3.如權利要求2所述的一種雙反饋單片集成混沌半導體激光器，其特征在于，還包括一個其上開有出光口( 1 )的殼體(I)；所述半導體制冷器(3 )、熱沉(4 )、準直透鏡(5 )、聚焦透鏡(6)、半導體激光器芯片(7)、電路板和光纖組件(9)均位于殼體(I)內；所述半導體制冷器(3 )的底部與殼體(I)底部內壁緊密接觸;所述光纖組件(9 )通過出光口( 10 )由殼體(I)內部伸至殼體(I)外部。4.如權利要求3所述的一種雙反饋單片集成混沌半導體激光器，其特征在于，殼體(I)外側兩邊對稱設有引腳(2)，共有14根;半導體激光器芯片(7)五個部分的正負極分別與電路板上的正負極用金線連接，電路板的正負極則通過金絲鍵合的方式與引腳(2)連接。5.如權利要求1?4任一項所述的一種雙反饋單片集成混沌半導體激光器，其特征在于，其中所述準直透鏡(5)直徑為2.5mm，焦距是0.7mm;所述聚焦透鏡(6)直徑為3mm，焦距為1.8mm。6.如權利要求1?4任一項所述的一種雙反饋單片集成混沌半導體激光器，其特征在于，所述熱沉(4)采用純銅制成，厚度不小于0.15cm，熱沉(4)固定在半導體制冷器(3)上部與半導體制冷器(3)的冷面接觸。7.如權利要求1?4任一項所述的一種雙反饋單片集成混沌半導體激光器，其特征在于，還包括貼在熱沉(4)上表面的熱敏電阻(8)。8.如權利要求2?4任一項所述的一種雙反饋單片集成混沌半導體激光器，其特征在于，右增益-吸收部分(15)的右端設有一個光電探測器。
【文檔編號】H01S5/068GK205543686SQ201620331872
【公開日】2016年8月31日
【申請日】2016年4月20日
【發明人】王安幫, 王云才, 趙彤, 張明江, 牛亞楠, 李璞
【申請人】太原理工大學