一种基于量子点微柱激光器产生宽带噪声源的装置及方法与流程

    专利2022-07-07  114


    本发明一种基于量子点微柱激光器产生宽带噪声源的装置及方法,属于基于量子点微柱激光器产生宽带噪声源的技术领域。



    背景技术:

    光子噪声、电阻中的热噪声和振荡器的频率抖动等随机现象已被用作非确定性随机数产生的物理熵源。随着技术的进步,通过对半导体激光器施加外光反馈和外部光注入的方式而产生的混沌信号也可以用作不可预测随机数的熵源。由于混沌信号具有高带宽,类噪声的特点,产生的随机比特速率显著提高。但是由于引入了外部光反馈的扰动,这样的混沌光场会带有较强的外腔时延周期,这在量子保密通信领域,例如量子密钥分发,混沌同步等领域都会对安全性有很大的影响,许多研究者都立足于抑制混沌信号的外腔时延周期,提高安全性。例如国内夏光琼课题组利用双光反馈半导体混沌系统,通过固定其中一个反射镜的反馈强度,改变另一个反射镜的反馈强度的方式来达到抑制外腔时延特征的目的[参考文献actaphys.sin.vol.60,no.1014210(2011)]。在提高混沌信号带宽方面,直接调制光反馈半导体激光器的方式来达到提高带宽的目的[参考文献actaphys.sin.vol.62,no.6064209(2013)]。

    因此,本发明提出将外部窄带自发辐射噪声信号注入到量子点激光器,产生宽带噪声信号源。产生的宽带噪声信号的特点是无外腔时延周期,可以应用在量子保密通信领域,安全性能得到极大提升。且由于装置中使用的量子点微柱激光器的尺寸在几微米量级,非常适合于未来集成小型化的方向发展。



    技术实现要素:

    本发明为了克服现有技术中存在的不足,所要解决的技术问题为:提供一种基于量子点微柱激光器产生宽带噪声源的装置硬件结构的改进和方法的改进。

    为了解决上述技术问题,本发明采用的技术方案为:一种基于量子点微柱激光器产生宽带噪声源的方法,主要包括如下步骤:

    步骤一:制备作为第一光源的量子点微柱激光器;

    步骤二:利用外部窄带光学噪声注入到步骤一中制备好的量子点激光器产生宽带噪声信号:步骤2.1:通过第二光源与窄带滤波器相结合产生窄带光学噪声,所述第二光源发出的光经第一分束器反射进入作为第一光源的量子点激光器;

    步骤2.2:所述量子点微柱激光器在5%-10%的窄带光学噪声的扰动下输出宽带量子噪声光场;

    步骤2.3:所述宽带量子噪声光场经过第一分束器之后,再经过第二分束器进行光学分束,其中第一光束反射进入用于对量子点微柱激光器的输出功率进行实时功率监测的探测器,第二光束进行透射后进入第三分束器;

    步骤三:经第三分束器分束后的其中一路光信号经第四分束器后分别经过光电探测器转换为电信号后输出到示波器和频谱仪上进行宽带噪声信号的宏观测量;

    步骤四:经第三分束器分束后的其中另一路光信号经多个反射镜后进入光学衰减器,经光学衰减器后的光束进入第五分束器后分成两束光输出到汉伯里-布朗和特维斯干涉测量装置进行宽带噪声信号的微观测量。

    所述步骤一中制备量子点微柱激光器的具体步骤如下:

    步骤1.1:利用上下分布的布拉格反射器形成一个厚的砷化镓空腔层,其中上层布拉格反射器由对数为25-45之间的砷化铝/砷化镓镜像对组成,下层布拉格反射器由对数为20-40之间的砷化铝/砷化镓镜像对组成;

    步骤1.2:在所述砷化镓空腔层的中心掺杂一层面积密度为十的九次方每平方厘米量级的量子点作为增益介质;

    步骤1.3:采用高分辨率电子束光刻和等离子体刻蚀法制备直径为7μm-15μm之间的柱形结构;

    步骤1.4:将制作好的微柱样品放置在连续流动的设置温度为22.00k-30k、控温精度为0.01k的低温恒温器中,电激励由精密直流电压源提供。

    所述步骤2.1中的通过第二光源与滤波器相结合产生窄带光学噪声具体为通过超辐射发光二极管加一个可调窄带滤波器产生窄带自发辐射噪声信号。

    所述第一分束器的分束比为5:95-50:50,所述第二分束器的分束比为5:95-10:90;

    所述步骤2.3中的进入探测器的第一光束的比例为第二分束器分出的5%-10%的光,所述步骤2.3中进行透射的第二光束的比例为第二分束器分出的90%-95%的光。

    所述步骤三宽带噪声信号的宏观测量的具体步骤为:

    由第二分束器透射的光经过分束比为5:95-10:90的第三分束器后分成两束,其中90%-95%透射的一路光信号经过分束比固定为50:50的第四分束器之后分成两束,一束经过第一光电探测器,把光信号转换为电信号,之后再传输到示波器上观察时序波形,另一束经过第二光电探测器,之后传输到频谱仪上观察信号的频谱。

    所述步骤四宽带噪声信号的微观测量的具体步骤为:

    由第三分束器分束之后5%-10%反射的一路光分别经过第一反射镜、第二反射镜、第三反射镜反射之后,通过光学衰减器控制进入单光子探测模块的光功率,然后经光学衰减器后的光经过分束比固定为50:50的第五分束器后分成两束,分别进入汉伯里-布朗和特维斯干涉测量装置的第一单光子计数模块、第二单光子计数模块实现对光子的二阶自相关函数进行精密的测量;

    所述汉伯里-布朗和特维斯干涉测量装置由两个光纤耦合的基于硅的第一单光子计数模块、第二单光子计数模块与时间相关电子学相结合而形成。

    一种基于量子点微柱激光器产生宽带噪声源的装置,包括第一光源、第二光源,所述第二光源与窄带滤波器相结合产生的窄带光学噪声光场经第一分束器反射进入第一光源,所述第一光源在窄带光学噪声光场的扰动下输出宽带量子噪声光场;

    所述宽带量子噪声光场经过第二分束器进行光学分束,其中一部分光反射进入探测器,另一部分光进行透射;

    所述第二分束器透射的光经过第三分束器进行光学分束后,其中经第三分束器透射的光信号经过第四分束器进行光学分束,经第三分束器反射的光信号经过多个反射镜后进入光学衰减器;

    所述第四分束器分出的光束,一部分光经过第一光电探测器后传输至示波器上观察时序波形,另一部分光经过第二光电探测器后传输至频谱仪上观察信号的频谱;

    所述光学衰减器输出的光经过第五分束器进行光学分束后分别进入汉伯里-布朗和特维斯干涉测量装置的第一单光子计数模块、第二单光子计数模块实现对光子的二阶自相关函数进行精密的测量。

    所述第一光源具体采用中心波长为1550nm的量子点微柱激光器;

    所述第二光源具体为具有193thz光谱的超辐射发光二极管;

    所述第一分束器的分束比为5:95-50:50,所述第二分束器、第三分束器的分束比为5:95-10:90,所述第四分束器、第五分束器的分束比为固定的50:50。

    所述第三分束器反射的光信号依次经过第一反射镜、第二反射镜、第三反射镜后进入光学衰减器;

    所述汉伯里-布朗和特维斯干涉测量装置由两个光纤耦合的基于硅的第一单光子计数模块、第二单光子计数模块与时间相关电子学相结合形成。

    所述探测器具体采用光电二极管;

    所述第一分束器、第二分束器、第三分束器、第四分束器、第五分束器具体采用波长范围为620-1600nm的偏振分束器;

    所述光学衰减器具体采用中心波长为1550nm的光学衰减器;

    所述第一光电探测器、第二光电探测器具体采用带宽为50-80ghz的光电探测器;

    所述示波器具体采用带宽为10-40ghz的数字示波器;

    所述频谱仪具体采用带宽为10-40ghz的频谱仪。

    本发明相对于现有技术具备的有益效果为:

    (1)本发明提出通过将外部产生的窄带光学噪声注入到量子点微柱激光器产生宽带噪声信号的方案,与现有的通过将外光反馈应用到半导体激光器产生混沌信号相比,本发明产生的噪声信号具有更高的带宽以及自相关特性上无外腔时延周期的特点;

    (2)本方案所用到的量子点微柱激光器尺寸仅为几微米量级,非常适合用于小型化集成封装。

    附图说明

    下面结合附图对本发明做进一步说明:

    图1为本发明装置的结构示意图;

    图2为本发明用示波器采集到的信号的时间序列波形示意图;

    图3为本发明信号时间序列波形对应的自相关函数示意图;

    图4为本发明用汉伯里-布朗和特维斯干涉测量装置测量得到的随延迟时间变化的光子二阶自相关示意图;

    图中:1为第一光源、2为第一分束器、3为第二光源、4为第二分束器、5为探测器、6为第三分束器、7为第一反射镜、8为第二反射镜、9为第三反射镜、10为光学衰减器、11为第五分束器、12为第一单光子计数模块、13为第四分束器、14为第一光电探测器、15为第二光电探测器、16为第二单光子计数模块、17为示波器、18为频谱仪。

    具体实施方式

    如图1至图4所示,本发明一种基于量子点微柱激光器产生宽带噪声源的方法,主要包括如下步骤:

    步骤一:制备作为第一光源1的量子点微柱激光器;

    步骤二:利用外部窄带光学噪声注入到步骤一中制备好的量子点激光器产生宽带噪声信号:步骤2.1:通过第二光源3与窄带滤波器相结合产生窄带光学噪声,所述第二光源3发出的光经第一分束器2反射进入作为第一光源1的量子点激光器;

    步骤2.2:所述量子点微柱激光器在5%-10%的窄带光学噪声的扰动下输出宽带量子噪声光场;

    步骤2.3:所述宽带量子噪声光场经过第一分束器2之后,再经过第二分束器4进行光学分束,其中第一光束反射进入用于对量子点微柱激光器的输出功率进行实时功率监测的探测器5,第二光束进行透射后进入第三分束器6;

    步骤三:经第三分束器6分束后的其中一路光信号经第四分束器13后分别经过光电探测器转换为电信号后输出到示波器17和频谱仪18上进行宽带噪声信号的宏观测量;

    步骤四:经第三分束器6分束后的其中另一路光信号经多个反射镜后进入光学衰减器10,经光学衰减器10后的光束进入第五分束器11后分成两束光输出到汉伯里-布朗和特维斯干涉测量装置进行宽带噪声信号的微观测量。

    所述步骤一中制备量子点微柱激光器的具体步骤如下:

    步骤1.1:利用上下分布的布拉格反射器形成一个厚的砷化镓空腔层,其中上层布拉格反射器由对数为25-45之间的砷化铝/砷化镓镜像对组成,下层布拉格反射器由对数为20-40之间的砷化铝/砷化镓镜像对组成;

    步骤1.2:在所述砷化镓空腔层的中心掺杂一层面积密度为十的九次方每平方厘米量级的量子点作为增益介质;

    步骤1.3:采用高分辨率电子束光刻和等离子体刻蚀法制备直径为7μm-15μm之间的柱形结构;

    步骤1.4:将制作好的微柱样品放置在连续流动的设置温度为22.00k-30k、控温精度为0.01k的低温恒温器中,电激励由精密直流电压源提供。

    所述步骤2.1中的通过第二光源3与滤波器相结合产生窄带光学噪声具体为通过超辐射发光二极管加一个可调窄带滤波器产生窄带自发辐射噪声信号。

    所述第一分束器2的分束比为5:95-50:50,所述第二分束器4的分束比为5:95-10:90;

    所述步骤2.3中的进入探测器5的第一光束的比例为第二分束器4分出的5%-10%的光,所述步骤2.3中进行透射的第二光束的比例为第二分束器4分出的90%-95%的光。

    所述步骤三宽带噪声信号的宏观测量的具体步骤为:

    由第二分束器4透射的光经过分束比为5:95-10:90的第三分束器6后分成两束,其中90%-95%透射的一路光信号经过分束比固定为50:50的第四分束器13之后分成两束,一束经过第一光电探测器14,把光信号转换为电信号,之后再传输到示波器17上观察时序波形,另一束经过第二光电探测器15,之后传输到频谱仪18上观察信号的频谱。

    所述步骤四宽带噪声信号的微观测量的具体步骤为:

    由第三分束器6分束之后5%-10%反射的一路光分别经过第一反射镜7、第二反射镜8、第三反射镜9反射之后,通过光学衰减器10控制进入单光子探测模块的光功率,然后经光学衰减器10后的光经过分束比固定为50:50的第五分束器11后分成两束,分别进入汉伯里-布朗和特维斯干涉测量装置的第一单光子计数模块12、第二单光子计数模块16实现对光子的二阶自相关函数进行精密的测量;

    所述汉伯里-布朗和特维斯干涉测量装置由两个光纤耦合的基于硅的第一单光子计数模块12、第二单光子计数模块16与时间相关电子学相结合而形成。

    一种基于量子点微柱激光器产生宽带噪声源的装置,包括第一光源1、第二光源3,所述第二光源3与窄带滤波器相结合产生的窄带光学噪声光场经第一分束器2反射进入第一光源1,所述第一光源1在窄带光学噪声光场的扰动下输出宽带量子噪声光场;

    所述宽带量子噪声光场经过第二分束器4进行光学分束,其中一部分光反射进入探测器5,另一部分光进行透射;

    所述第二分束器4透射的光经过第三分束器6进行光学分束后,其中经第三分束器6透射的光信号经过第四分束器13进行光学分束,经第三分束器6反射的光信号经过多个反射镜后进入光学衰减器10;

    所述第四分束器13分出的光束,一部分光经过第一光电探测器14后传输至示波器17上观察时序波形,另一部分光经过第二光电探测器15后传输至频谱仪18上观察信号的频谱;

    所述光学衰减器10输出的光经过第五分束器11进行光学分束后分别进入汉伯里-布朗和特维斯干涉测量装置的第一单光子计数模块12、第二单光子计数模块16实现对光子的二阶自相关函数进行精密的测量。

    所述第一光源1具体采用中心波长为1550nm的量子点微柱激光器;

    所述第二光源3具体为具有193thz光谱的超辐射发光二极管;

    所述第一分束器2的分束比为5:95-50:50,所述第二分束器4、第三分束器6的分束比为5:95-10:90,所述第四分束器13、第五分束器11的分束比为固定的50:50。

    所述第三分束器6反射的光信号依次经过第一反射镜7、第二反射镜8、第三反射镜9后进入光学衰减器10;

    所述汉伯里-布朗和特维斯干涉测量装置由两个光纤耦合的基于硅的第一单光子计数模块12、第二单光子计数模块16与时间相关电子学相结合形成。

    所述探测器5具体采用光电二极管;

    所述第一分束器2、第二分束器4、第三分束器6、第四分束器13、第五分束器11具体采用波长范围为620-1600nm的偏振分束器;

    所述光学衰减器10具体采用中心波长为1550nm的光学衰减器;

    所述第一光电探测器14、第二光电探测器15具体采用带宽为50-80ghz的光电探测器;

    所述示波器17具体采用带宽为10-40ghz的数字示波器;

    所述频谱仪18具体采用带宽为10-40ghz的频谱仪。

    本发明致力于构建一种集成的产生宽带噪声源的装置及方法,具体为一种将窄带噪声信号注入到量子点激光器产生宽带噪声信号的方法。本发明产生的噪声信号具有高带宽、量子随机、可集成并且无外腔时延周期的特点。具体方案主要包括如下步骤:利用超辐射发光二极管产生窄带自发辐射噪声信号来扰动量子点激光器,量子点激光器输出的光信号经分束器分束后,一路光信号经光电探测器转换为电信号后输出到示波器和频谱仪上进行宏观观测,另一路输出到汉伯里-布朗和特维斯干涉测量装置进行微观光子统计测量。与以往利用光反馈方式产生的具有外腔周期的混沌信号相比,本发明产生的宽带噪声信号具有带宽高,无外腔周期的特征,非常适合未来小型化和集成的方向发展,并且产生的信号为量子噪声信号,具有量子随机性不可预测的特点,极大提升了量子保密通信方面的安全性。

    实施例:

    本发明一种将窄带噪声信号注入到量子点激光器产生宽带噪声信号的方法,主要包括如下步骤:

    (一)量子点微柱激光器的制作:首先利用上下分布的布拉格反射器形成一个厚砷化镓空腔层,其中上层布拉格反射器由对数为25-45之间的砷化铝/砷化镓镜像对组成,下层布拉格反射器由对数为20-40之间的砷化铝/砷化镓镜像对组成。在空腔层的中心掺杂一层面积密度为十的九次方每平方厘米量级的量子点作为增益介质。采用高分辨率电子束光刻和等离子体刻蚀法制备了直径为7-15μm之间的柱形结构。制作好的微柱样品放置在连续流动的温度设置为t=22.00-30k之间,控温精度为0.01k的低温恒温器中,电激励由精密直流电压源提供。

    (二)利用外部窄带光学噪声注入到量子点激光器产生宽带噪声信号:首先由作为第二电源3的超辐射发光二极管产生窄带光学噪声,超辐射发光二极管发出的光经分束比为20:80的第一分束器2反射进入作为第一光源1的量子点激光器,量子点激光器在比例为5%-10%的窄带光学噪声的扰动下输出宽带量子噪声光场。产生的量子光场经过第一分束器2分束之后,再经过分束比为7:93的第二分束器4进行光学分束,7%的光反射进入探测器5,对微柱激光器的输出功率进行实时的功率监测,另外一束93%的光透射。

    (三)宽带噪声信号的宏观测量:由第二分束器4透射的光之后再经过分束比为5:95的第三分束器6后分成两束,其中95%透射的一路光信号经过分束比固定为50:50的第四分束器13之后,分成两束,一束经过第一光电探测器14,把光信号转换为电信号,之后再传输到示波器17上观察时序波形。另一束经过第二光电探测器15,之后传输到频谱仪18上观察信号的频谱。

    (四)宽带噪声信号的微观测量:由第三分束器6分束之后5%反射的一路光分别经过三个第一反射镜7、第二反射镜8、第三反射镜9反射之后,通过放置在分束器之前的光学衰减器10控制进入单光子探测模块的光功率,然后光经过分束比固定为50:50的第五分束器11后分成两束,传输到由两个光纤耦合的基于硅的第一单光子计数模块(spcms)、第二单光子计数模块(spcms)与时间相关电子学相结合而形成的汉伯里-布朗和特维斯干涉测量装置对光子的二阶自相关函数进行精密的测量。

    本发明的装置结构示意图如图1所示,图中实线为光连线,虚线为电连线。由外部产生的窄带光学噪声注入到量子点微柱激光器产生宽带噪声信号,该宽带噪声信号进过分束器和光电探测器后分别进入示波器17和频谱仪18进行信号宏观数据测量。

    本发明实施例的探测器5具体采用fdg03型锗光电二极管;第一分束器2、第二分束器4、第三分束器6、第四分束器13、第五分束器11具体采用波长范围为620-1600nm的fbt-pbs054型偏振分束器;光学衰减器10具体采用中心波长为1550nm的v1550a型光学衰减器;第一光电探测器14、第二光电探测器15具体采用带宽为70ghz的dxm30af/u2t-xpdv3120r型光电探测器;示波器17具体采用带宽为20ghz的tds3052b/picoscope9300型数字示波器;频谱仪18具体采用带宽为26.5ghz的n9010a型频谱仪。

    关于本发明具体结构需要说明的是,本发明采用的各部件模块相互之间的连接关系是确定的、可实现的,除实施例中特殊说明的以外,其特定的连接关系可以带来相应的技术效果,并基于不依赖相应软件程序执行的前提下,解决本发明提出的技术问题,本发明中出现的部件、模块、具体元器件的型号、连接方式除具体说明的以外,均属于本领域技术人员在申请日前可以获取到的已公开专利、已公开的期刊论文、或公知常识等现有技术,无需赘述,使得本案提供的技术方案是清楚、完整、可实现的,并能根据该技术手段重现或获得相应的实体产品。

    最后应说明的是:以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案,而非对其限制;尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明,本领域的普通技术人员应当理解:其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改,或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换;而这些修改或者替换,并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。


    技术特征:

    1.一种基于量子点微柱激光器产生宽带噪声源的方法,其特征在于:主要包括如下步骤:

    步骤一:制备作为第一光源(1)的量子点微柱激光器;

    步骤二:利用外部窄带光学噪声注入到步骤一中制备好的量子点激光器产生宽带噪声信号:步骤2.1:通过第二光源(3)与窄带滤波器相结合产生窄带光学噪声,所述第二光源(3)发出的光经第一分束器(2)反射进入作为第一光源(1)的量子点激光器;

    步骤2.2:所述量子点微柱激光器在5%-10%的窄带光学噪声的扰动下输出宽带量子噪声光场;

    步骤2.3:所述宽带量子噪声光场经过第一分束器(2)之后,再经过第二分束器(4)进行光学分束,其中第一光束反射进入用于对量子点微柱激光器的输出功率进行实时功率监测的探测器(5),第二光束进行透射后进入第三分束器(6);

    步骤三:经第三分束器(6)分束后的其中一路光信号经第四分束器(13)后分别经过光电探测器转换为电信号后输出到示波器(17)和频谱仪(18)上进行宽带噪声信号的宏观测量;

    步骤四:经第三分束器(6)分束后的其中另一路光信号经多个反射镜后进入光学衰减器(10),经光学衰减器(10)后的光束进入第五分束器(11)后分成两束光输出到汉伯里-布朗和特维斯干涉测量装置进行宽带噪声信号的微观测量。

    2.根据权利要求1所述的一种基于量子点微柱激光器产生宽带噪声源的方法,其特征在于:所述步骤一中制备量子点微柱激光器的具体步骤如下:

    步骤1.1:利用上下分布的布拉格反射器形成一个厚的砷化镓空腔层,其中上层布拉格反射器由对数为25-45之间的砷化铝/砷化镓镜像对组成,下层布拉格反射器由对数为20-40之间的砷化铝/砷化镓镜像对组成;

    步骤1.2:在所述砷化镓空腔层的中心掺杂一层面积密度为十的九次方每平方厘米量级的量子点作为增益介质;

    步骤1.3:采用高分辨率电子束光刻和等离子体刻蚀法制备直径为7μm-15μm之间的柱形结构;

    步骤1.4:将制作好的微柱样品放置在连续流动的设置温度为22.00k-30k、控温精度为0.01k的低温恒温器中,电激励由精密直流电压源提供。

    3.根据权利要求2所述的一种基于量子点微柱激光器产生宽带噪声源的方法,其特征在于:所述步骤2.1中的通过第二光源(3)与滤波器相结合产生窄带光学噪声具体为通过超辐射发光二极管加一个可调窄带滤波器产生窄带自发辐射噪声信号。

    4.根据权利要求3所述的一种基于量子点微柱激光器产生宽带噪声源的方法,其特征在于:所述第一分束器(2)的分束比为5:95-50:50,所述第二分束器(4)的分束比为5:95-10:90;

    所述步骤2.3中的进入探测器(5)的第一光束的比例为第二分束器(4)分出的5%-10%的光,所述步骤2.3中进行透射的第二光束的比例为第二分束器(4)分出的90%-95%的光。

    5.根据权利要求4所述的一种基于量子点微柱激光器产生宽带噪声源的方法,其特征在于:所述步骤三宽带噪声信号的宏观测量的具体步骤为:

    由第二分束器(4)透射的光经过分束比为5:95-10:90的第三分束器(6)后分成两束,其中90%-95%透射的一路光信号经过分束比固定为50:50的第四分束器(13)之后分成两束,一束经过第一光电探测器(14),把光信号转换为电信号,之后再传输到示波器(17)上观察时序波形,另一束经过第二光电探测器(15),之后传输到频谱仪(18)上观察信号的频谱。

    6.根据权利要求5所述的一种基于量子点微柱激光器产生宽带噪声源的方法,其特征在于:所述步骤四宽带噪声信号的微观测量的具体步骤为:

    由第三分束器(6)分束之后5%-10%反射的一路光分别经过第一反射镜(7)、第二反射镜(8)、第三反射镜(9)反射之后,通过光学衰减器(10)控制进入单光子探测模块的光功率,然后经光学衰减器(10)后的光经过分束比固定为50:50的第五分束器(11)后分成两束,分别进入汉伯里-布朗和特维斯干涉测量装置的第一单光子计数模块(12)、第二单光子计数模块(16)实现对光子的二阶自相关函数进行精密的测量;

    所述汉伯里-布朗和特维斯干涉测量装置由两个光纤耦合的基于硅的第一单光子计数模块(12)、第二单光子计数模块(16)与时间相关电子学相结合而形成。

    7.一种基于量子点微柱激光器产生宽带噪声源的装置,其特征在于:包括第一光源(1)、第二光源(3),所述第二光源(3)与窄带滤波器相结合产生的窄带光学噪声光场经第一分束器(2)反射进入第一光源(1),所述第一光源(1)在窄带光学噪声光场的扰动下输出宽带量子噪声光场;

    所述宽带量子噪声光场经过第二分束器(4)进行光学分束,其中一部分光反射进入探测器(5),另一部分光进行透射;

    所述第二分束器(4)透射的光经过第三分束器(6)进行光学分束后,其中经第三分束器(6)透射的光信号经过第四分束器(13)进行光学分束,经第三分束器(6)反射的光信号经过多个反射镜后进入光学衰减器(10);

    所述第四分束器(13)分出的光束,一部分光经过第一光电探测器(14)后传输至示波器(17)上观察时序波形,另一部分光经过第二光电探测器(15)后传输至频谱仪(18)上观察信号的频谱;

    所述光学衰减器(10)输出的光经过第五分束器(11)进行光学分束后分别进入汉伯里-布朗和特维斯干涉测量装置的第一单光子计数模块(12)、第二单光子计数模块(16)实现对光子的二阶自相关函数进行精密的测量。

    8.根据权利要求7所述的一种基于量子点微柱激光器产生宽带噪声源的装置,其特征在于:所述第一光源(1)具体采用中心波长为1550nm的量子点微柱激光器;

    所述第二光源(3)具体为具有193thz光谱的超辐射发光二极管;

    所述第一分束器(2)的分束比为5:95-50:50,所述第二分束器(4)、第三分束器(6)的分束比为5:95-10:90,所述第四分束器(13)、第五分束器(11)的分束比为固定的50:50。

    9.根据权利要求8所述的一种基于量子点微柱激光器产生宽带噪声源的装置,其特征在于:所述第三分束器(6)反射的光信号依次经过第一反射镜(7)、第二反射镜(8)、第三反射镜(9)后进入光学衰减器(10);

    所述汉伯里-布朗和特维斯干涉测量装置由两个光纤耦合的基于硅的第一单光子计数模块(12)、第二单光子计数模块(16)与时间相关电子学相结合形成。

    10.根据权利要求9所述的一种基于量子点微柱激光器产生宽带噪声源的装置,其特征在于:所述探测器(5)具体采用光电二极管;

    所述第一分束器(2)、第二分束器(4)、第三分束器(6)、第四分束器(13)、第五分束器(11)具体采用波长范围为620-1600nm的偏振分束器;

    所述光学衰减器(10)具体采用中心波长为1550nm的光学衰减器;

    所述第一光电探测器(14)、第二光电探测器(15)具体采用带宽为50-80ghz的光电探测器;

    所述示波器(17)具体采用带宽为10-40ghz的数字示波器;

    所述频谱仪(18)具体采用带宽为10-40ghz的频谱仪。

    技术总结
    本发明一种基于量子点微柱激光器产生宽带噪声源的方法的装置,属于宽带噪声源的产生方法技术领域;所要解决的技术问题为:提供一种基于量子点微柱激光器产生宽带噪声源的方法的改进;解决上述技术问题采用的技术方案为:制备作为第一光源的量子点微柱激光器;利用外部窄带光学噪声注入到步骤一中制备好的量子点激光器产生宽带噪声信号,量子点激光器输出的光信号经分束器分束后,一路光信号经光电探测器转换为电信号后输出到示波器和频谱仪上进行宏观观测,另一路输出到汉伯里‑布朗和特维斯干涉测量装置进行微观光子统计测量;本发明应用于信号产生,本发明产生的宽带噪声信号具有带宽高,无外腔周期的特征,提升了通信的安全性。

    技术研发人员:郭龑强;郭功名
    受保护的技术使用者:太原理工大学
    技术研发日:2020.12.04
    技术公布日:2021.03.12

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