上�？萍即髮W信息學院王成課題組成功開發(fā)出中紅外波段寬帶超混沌激光源。近日，該成果以 “Mid-infrared hyperchaos of interband cascade lasers”為題在Nature旗下期刊Light：Science & Applications上發(fā)表。Light: Science & Applications由中國科學院長春光學精密機械與物理研究所于2012年創(chuàng)辦，2013年被SCI收錄，創(chuàng)刊以來發(fā)表了多項重要原創(chuàng)成果，對光學及其交叉領域產(chǎn)生了深遠影響，是公認最頂尖的國際光學期刊之一。

混沌是自然界普遍存在的現(xiàn)象，是確定性動力學系統(tǒng)產(chǎn)生的類似隨機過程的無序性行為。大氣就是一個典型的混沌系統(tǒng)，1963年由美國氣象學家洛倫茲發(fā)現(xiàn)，并通過“蝴蝶效應”一詞為大眾熟知。

半導體激光器在特定條件下能夠產(chǎn)生激光混沌，即激光輸出在時域上表現(xiàn)為隨機的無序行為。激光混沌在保密光通信、高速真隨機數(shù)產(chǎn)生和激光雷達領域有重要的應用價值。近年來，激光混沌開始被應用于（儲備池）光計算領域，并有望推動人工智能的發(fā)展。然而，目前半導體激光器產(chǎn)生的混沌大都處于近紅外波段，限制了其在中紅外和其他波段的應用。

王成課題組長期致力于中紅外波段帶間級聯(lián)激光器的研究。課題組通過對帶間級聯(lián)激光器施加合適的外部控制條件，成功開發(fā)出中紅外寬帶超混沌光源（圖一）。通過Lyapunov譜線分析發(fā)現(xiàn)該混沌源具有三個正值的Lyapunov指數(shù)，即其為超混沌（hyperchaos），超混沌具有高維的復雜性和不可預測性。通過頻域分析表明該混沌源的特征頻率高達吉赫茲的量級（圖二），意味著其能夠高速處理和傳輸信息。由于大氣在中紅外波段存在低損耗的通信窗口（3至5微米，8至12微米），未來中紅外激光混沌在自由空間保密光通信以及遠程混沌激光雷達等諸多領域具有極大的應用前景。

圖一、中紅外寬帶超混沌光源的時域信號分析

圖二、中紅外寬帶超混沌光源的頻域信號分析

上�？萍即髮W為該研究成果的第一完成單位，博士生鄧禹和博士生趙彬彬完成了該論文的實驗工作，碩士生范卓菲和博士生王星光完成了理論工作，王成教授為通訊作者。該項研究得到了國家自然科學基金和上海市自然科學基金的支持。

文章鏈接：https://doi.org/10.1038/s41377-021-00697-1