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 广东工业大学 信息工程学院，广州 510006
3 广东省光子学信息技术重点实验室，广州 510006
4 保密通信重点实验室，成都 610041
近年来，在物理随机数生成速率的提高方面取得了很大的研究进展，但仍存在产生过程复杂和体积庞大等缺陷。针对该问题，文章从理论上提出了利用光反馈下垂直腔面发射激光器（VCSEL）模式跳变产生随机数的方案。通过光反馈扰动使VCSEL产生模式跳变，再由方波信号对注入电流进行调制，周期性重启VCSEL使其由非激射状态切换到模式跳变状态，最终输出随机脉冲序列实现随机数的产生。研究结果表明，具有通过随机性验证的无偏随机数能够以Gbit/s量级的速率连续产生。文章所提方案消除了对光/电转换和后处理操作的需求，简化了当前随机数的产生结构，且具有实现低成本光子集成随机数发生器的潜力。
垂直腔面发射激光器 模式跳变 光反馈 随机数 VCSEL mode hopping optical feedback random number
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 上海大学 特种光纤与光接入网重点实验室，上海 200444
3 保密通信重点实验室，成都 610041
4 广东工业大学 信息工程学院，广州 510006
5 广东省光子学信息技术重点实验室，广州 510006
针对当前大多数随机数产生方案结构复杂和体积庞大的问题，文章从理论上提出并仿真论证了一种基于垂直腔面发射激光器(VCSEL)模式跳变直接产生全光物理随机数的技术方案。通过方波调制信号周期性重启工作在双稳区域的VCSEL，并利用自发辐射噪声平衡两个偏振模式出射的不对称，可以直接实现随机数的产生。仿真结果表明，该方法可以直接产生速率为2.5 Gbit/s且随机性得到验证的物理随机数。该方案主要包含一个VCSEL，结构简单，为随机数发生器的光子集成问题提供了新的解决方案。
光通信 全光物理随机数 模式跳变 垂直腔面发射激光器 optical communications all-optical physical random number mode hopping VCSEL
1 中北大学信息与通信工程学院, 山西 太原 030051
2 中北大学计算机与控制工程学院, 山西 太原 030051
3 中北大学机械与动力工程学院, 山西 太原 030051
为了在矿井中实现快速、 便携式的甲烷浓度检测, 同时系统还具备高灵敏度及长的工作周期, 设计了基于半导体激光器模式跳变的差分光学光谱吸收法, 建立了井下甲烷浓度无线检测系统。 系统利用调制电流使半导体激光器的输出波长发生模式跳变, 从而获得了两个相近波长的激光, 其中一个在甲烷的特征吸收峰上, 而另一个基本不被吸收。 实验中将两束光分别照射被测气室时, 两束光的光强之差代入比尔朗伯定律即可求解气室内的甲烷浓度。 实验结果显示, 调制电流从20.0 mA增大到60.0 mA过程中, 输出波长在电流达到48.3 mA时发生跳变, 由1 650.888 nm改变为1 651.020 nm。 通过HITRAN光谱数据库可知, 波长1 650.888 nm位置可作特征吸收峰, 而波长1 651.020 nm适合作参考波长。 在此基础上, 对密闭容器内标准浓度的甲烷气体进行测试, 采用H-BD5GD410-HC型便携式甲烷检测仪的测试数据作对比。 两种检测结果相近, 但随着浓度不断地增高, 该系统的检测误差相对平稳, 略优于甲烷检测仪。 系统的检测误差均低于0.050%, 在不采用昂贵的锁相器、 检相电路的条件下, 实现了精度优于0.10%的井下甲烷浓度检测。
差分光谱吸收技术 矿井 模式跳变 甲烷浓度 Differential spectrum absorption technology Mine Mode hopping Methane concentration
1 长江师范学院 物理学与电子工程学院， 重庆 408100
2 浙江工业大学 理学院 应用物理系， 浙江 杭州 310014
3 西南大学 物理学院， 重庆 400715
文章基于四阶龙格—库塔法，引入光纤光栅的位相分布，并考虑光线在外腔中的往返相移，分析了温度和外腔长度对布拉格光纤光栅外腔半导体激光器(FBG-ECL)模式的影响。数值模拟的结果表明：随着温度的升高和外腔长度的增加，FBG-ECL模式数增多，模式间距变小；外腔长度的变化对FBG-ECL模式跳变的影响明显。
光纤光栅 半导体激光器 温度 模式跳变 fiber grating semiconductor laser temperature mode hopping
南昌航空大学 自动化学院,江西 南昌 330063
分析了温度对布里渊光纤陀螺(BFOG)的影响。根据温度对布里渊频移和环行腔谐振频率的影响,分析了顺时针(CW)和逆时针(CCW)方向受激布里渊激光器输出频率与温度的关系。分析了温度对萨格纳克(Sagnac)系数的影响。对于通常的BFOG(腔长4 m),温度变化大于一定值(近10 ℃)后才会对BFOG的拍频产生影响。对战术级的应用来说,温度对Sagnac系数的影响可以忽略,但是对于惯性级的应用,温度对Sagnac系数的影响不可忽略。
光纤光学 光纤陀螺 温度效应 模式跳变 受激布里渊散射 拍频
在环形腔掺镱光纤激光器中加入一段G.652光纤作为多模光纤,依靠其中导模的空间模式跳变构成动态梳状滤波器,于室温下实现了掺镱光纤激光器1.03 μm波长附近稳定的6波长激光同时输出。激光线宽为0.15 nm,边模抑制比达到40 dB以上。通过调整腔内的偏振控制器,可以得到不同波长个数和波长间隔的多波长激光输出。
激光技术 掺镱光纤激光器 多波长振荡 空间模式跳变 梳状滤波器
