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脉冲激光与混沌激光的区别是什么?

2020-11-25  懒人葛优瘫

01

激光输出形式不同

首先,脉冲激光与混沌激光是两种不同的激光输出形式,如图1所示,脉冲激光输出强度时序表现为周期性脉冲,混沌激光输出强度时序则表现为随机起伏。对应的,脉冲激光的频谱为单频峰加谐波峰,混沌激光的频谱则为宽带频谱。

脉冲激光与混沌激光的区别是什么?

图1 脉冲激光(红色)和混沌激光(黑色)的时序波形(左)与频谱(右)

02

产生方式不同

产生方式上,脉冲激光的产生方式有两种:一是脉冲抽运,二是锁模。混沌激光的产生则通过给稳定工作的激光器施加一个或多个外部扰动,使激光器进入混沌状态。最典型的光反馈激光器如图2,稳定工作的激光器,用一面镜子将部分激光反馈回激光器内部,便可以使激光器进入混沌状态,输出混沌激光。除了光反馈外,扰动类型还有光注入、光电反馈等。

脉冲激光与混沌激光的区别是什么?

图2 (a)光反馈混沌激光器结构示意图和混沌激光的应用:(b)混沌激光雷达,(c)混沌保密通信,(d)高速随机密钥产生

03

特点、参数不同

脉冲激光具有超高速、高峰值功率、光频梳状光谱的特点。通过宽带锁模,脉冲激光的脉冲宽度可压缩至飞秒(10-15 s)甚至阿秒(10-18 s)量级,因此,脉冲激光在超快理化过程研究、超快光通信等领域具有重要应用。脉冲激光很容易实现W级峰值功率输出,超高功率脉冲激光的峰值功率甚至可达PW(1015 W)量级,因而高功率脉冲激光在激光加工、激光雷达的应用无可替代。同时,脉冲激光往往具有光频梳状的宽带光谱,是精密光谱分析技术的重要工具。

混沌激光强度、相位等参数都随时间呈现无规则变化,具有类噪声的特点,但远比噪声振荡幅度大,且频谱范围可达10 GHz以上。因此,混沌在抗干扰方面具备天然优势,同时可实现毫米级精度的距离探测,在激光雷达和光时域反射仪中具有重要应用价值。另外,类噪声特性使其可以应用于高速随机密钥的产生、分发和保密通信中。

综上,脉冲激光和混沌激光各具特点,脉冲激光具有相对成熟的应用,而混沌激光则表现出很大应用潜力。

作者简介

王安帮,太原理工大学教授,国家优秀青年科学基金获得者(2018),兼任山西省物理学会副理事长、中国激光杂志社青年编委。从事混沌激光理论及应用研究,包括高熵混沌产生、高速物理密钥产生与分发、混沌保密通信、网络故障高精度检测等。主持国家基金重点、优青等项目及山西省重点研发计划,获霍英东青年教师奖、教育部技术发明二等奖、山西省科学技术一等奖等。

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