隨著鐳射技術的發展，脈衝鐳射在非線性光學、鐳射加工、鐳射雷達、光時鐘等科學和技術領域取得了重要的應用。與此同時，混沌鐳射在保密通訊、隨機數產生、鐳射雷達等領域展現出重大應用潛力並受到廣泛關注。那麼，脈衝鐳射和混沌鐳射有哪些區別呢？

01

鐳射輸出形式不同

首先，脈衝鐳射與混沌鐳射是兩種不同的鐳射輸出形式，如圖1所示，脈衝鐳射輸出強度時序表現為週期性脈衝，混沌鐳射輸出強度時序則表現為隨機起伏。對應的，脈衝鐳射的頻譜為單頻峰加諧波峰，混沌鐳射的頻譜則為寬頻頻譜。

圖1 脈衝鐳射（紅色）和混沌鐳射（黑色）的時序波形（左）與頻譜（右）

02

產生方式不同

產生方式上，脈衝鐳射的產生方式有兩種：一是脈衝抽運，二是鎖模。混沌鐳射的產生則透過給穩定工作的鐳射器施加一個或多個外部擾動，使鐳射器進入混沌狀態。最典型的光反饋鐳射器如圖2，穩定工作的鐳射器，用一面鏡子將部分鐳射反饋回鐳射器內部，便可以使鐳射器進入混沌狀態，輸出混沌鐳射。除了光反饋外，擾動型別還有光注入、光電反饋等。

圖2 （a）光反饋混沌鐳射器結構示意圖和混沌鐳射的應用：（b）混沌鐳射雷達，（c）混沌保密通訊，（d）高速隨機金鑰產生

03

特點、引數不同

脈衝鐳射具有超高速、高峰值功率、光頻梳狀光譜的特點。透過寬頻鎖模，脈衝鐳射的脈衝寬度可壓縮至飛秒（10-15 s）甚至阿秒（10-18 s）量級，因此，脈衝鐳射在超快理化過程研究、超快光通訊等領域具有重要應用。脈衝鐳射很容易實現W級峰值功率輸出，超高功率脈衝鐳射的峰值功率甚至可達PW（1015 W）量級，因而高功率脈衝鐳射在鐳射加工、鐳射雷達的應用無可替代。同時，脈衝鐳射往往具有光頻梳狀的寬頻光譜，是精密光譜分析技術的重要工具。

混沌鐳射強度、相位等引數都隨時間呈現無規則變化，具有類噪聲的特點，但遠比噪聲振盪幅度大，且頻譜範圍可達10 GHz以上。因此，混沌在抗干擾方面具備天然優勢，同時可實現毫米級精度的距離探測，在鐳射雷達和光時域反射儀中具有重要應用價值。另外，類噪聲特性使其可以應用於高速隨機金鑰的產生、分發和保密通訊中。

綜上，脈衝鐳射和混沌鐳射各具特點，脈衝鐳射具有相對成熟的應用，而混沌鐳射則表現出很大應用潛力。

作者簡介

王安幫

，太原理工大學教授，國家優秀青年科學基金獲得者（2018），兼任山西省物理學會副理事長、中國鐳射雜誌社青年編委。從事混沌鐳射理論及應用研究，包括高熵混沌產生、高速物理金鑰產生與分發、混沌保密通訊、網路故障高精度檢測等。主持國家基金重點、優青等專案及山西省重點研發計劃，獲霍英東青年教師獎、教育部技術發明二等獎、山西省科學技術一等獎等。

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