用于混沌信号产生的集成耦合微腔激光器研究

基本信息
批准号:61874113
项目类别:面上项目
资助金额:63.00
负责人:肖金龙
学科分类:
依托单位:中国科学院半导体研究所
批准年份:2018
结题年份:2022
起止时间:2019-01-01 - 2022-12-31
项目状态: 已结题
项目参与者:郭文涛,庄芳婕,王福丽,刘家辰,马春光,吴冀亮,黄勇涛
关键词:
混沌回音壁模式腔谐振微腔激光器
结项摘要

True random number generator has a very high application value in the fields of cryptography, communication and national information security. Based on wide-band chaotic laser is an effective way to generate high-speed true random numbers. At present, wide-band chaotic lasers are mostly made up of discrete optical devices. The integrated devices reported have problems such as low chaotic bandwidth. This project is based on the semiconductor rate equation and coupled mode theory, and proposes an integrated external cavity coupled microcavity laser structure and a dual laser mutual injection structure. The laser cavity and the external cavity, and two lasers are respectively integrated on the same III-V semiconductor chip. We design well the high-quality factor for laser and high reflectivity for the external cavity, and use the planar semiconductor technology to prepare integrated structure, study how the optical feedback, light injection and photoelectric feedback affect the coupled micro-cavity laser nonlinear dynamics. In the end, we will achieve a large bandwidth, stable and reliable on-chip integrated chaotic source based on a coupled microcavity laser, with a spectrum flatness of less than 10dB and an effective bandwidth greater than 10GHz. It lays the foundation for its application in the areas of secure communication, high-speed random number generation and so on.

真随机数发生器在密码学、通信和国家信息安全等领域具有极高的应用价值,基于宽带混沌激光是产生高速真随机数的有效途径。目前宽带混沌激光多采用分立的光学器件所构成,已报道的集成器件存在混沌带宽不高等问题。本项目基于半导体速率方程和耦合模理论,提出集成外腔耦合微腔激光器结构和双激光器互注入结构,分别将激光腔与外腔集成、互注入激光器集成在同一III-V族半导体芯片上,通过激光器的高品质因子设计和外腔高反射率设计,采用平面半导体工艺制备集成结构,研究光反馈、光注入和光电反馈下耦合微腔激光器的非线性动力学特性,实现基于耦合微腔激光器的大带宽、性能稳定可靠的片上集成混沌源,频谱平坦度小于10dB,有效带宽大于10GHz。为其在保密通信、高速随机数产生等领域应用奠定基础。

项目摘要

物理随机数在密码学、通信及国家安全等领域具有重要应用价值。传统的物理随机数发生器受限于熵源(如热噪声等)带宽的限制,码率仅处于Mb/s量级。近年来,混沌激光由于其高带宽、大幅度、易集成等特性,获得了相关研究学者的极大关注,被广泛应用于高速物理随机数的产生。本项目基于半导体激光器速率方程和耦合模理论,提出集成外腔耦合微腔激光器结构,通过激光器的高品质因子设计和外腔高反射率设计,采用平面半导体工艺制备集成结构,研究光反馈、光注入下耦合微腔激光器的非线性动力学特性,研制出了集成微腔的耦合微腔激光器和互注入微腔激光器,实现了高Q值、高调制带宽、调制平坦的混沌激光器。揭示出有源微腔与无源外腔之间的光场耦合与转化机制。获得光反馈、光注入等条件下耦合微腔激光器周期振荡、混沌等非线性动态特性,实现了半导体激光混沌源频谱平坦度6.1dB,有效带宽30.7GHz。项目研究期间在Light-Science & Applications、Journal of Lightwave Technology、Optics Letters、Optics Express等期刊发表了SCI 论文12 篇,申请发明专利3项;协助培养博士研究生4名,相关成果获中国光学学会“中国光学科技奖基础研究一等奖”。为激光混沌在保密通信、高速随机数产生等领域应用奠定了坚实的基础。

项目成果
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数据更新时间:2023-05-31

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