混沌半导体激光器研究进展

乔丽君，杨 强，柴萌萌，卫晓晶，张建忠，徐红春，张明江

1. 太原理工大学新型传感器与智能控制教育部重点实验室，太原030024

2. 太原理工大学物理与光电工程学院，太原030024

3. 武汉光迅科技股份有限公司，武汉430070

1960年，世界上第1 台激光器的诞生，成为近代光学开端的标志；1963年，美国著名气象学家Lorenz 在大气对流模型中观察到混沌现象并开始进行深入研究，正式确认混沌运动是非线性系统的典型动力学行为[1]. 自从20 世纪70年代末以来，人们相继在气体激光器[2-4]、固体激光器[5]、半导体激光器[6]、光纤激光器[7]等系统中观测到混沌现象，并对这一现象产生了浓厚的兴趣.

半导体激光器凭借体积小、结构紧凑、电光转化效率高、能耗低寿命长、易于大规模生产以及价格较低廉等优点，成为迄今为止应用最广泛的激光器. 此外，半导体激光器容易受到外部扰动而导致不稳定行为[8]，因此成为产生混沌激光的主要光源. 1980年，Lang 和Kobayashi建立了著名的外腔反馈半导体激光器动态模型[9]，这对混沌激光理论研究具有重要的开拓意义. 此后，混沌半导体激光器得到了广泛深入的研究，相应的理论体系也逐步得以完善.

混沌激光器的输出具有大幅度、类噪声和宽频谱特性[10]，已应用于混沌保密通信[11-12]、高速随机数生成[13-14]、混沌雷达[15]、光纤传感[16-17]、超宽带微波信号产生[18-19]、相干长度可调谐光源[20-21]、混沌计算[22-23]和强化学习[24]等领域. 利用半导体激光器产生混沌激光的扰动方式主要包括光反馈、光注入和光电反馈……