行波管放大器中辐射场的极限环振荡和混沌

以行波管放大器中辐射场的非线性不稳定阈值分析为基础，对辐射场从频率分叉到混沌的演化过程和不同区域这些非线性不稳定态的时间特性和频率特性进行了研究.在“软”非线性区域，辐射场表现为极限环振荡和频率分岔，频谱是离散的且相对于载波频率是不对称的.这种不稳定是阵发性的，适当的调节控制参量，可使器件工作在所需的定态或极限环振荡态上；在“硬”非线性区域，辐射场表现为非周期的随机振荡和频率混沌，频谱连续且频带很宽，场幅值较大的成分集中在接近于零频的低频范围里.这种不稳定是连续性的，不能通过调节参量来消除. 关键词： 行波管 辐射场 分岔 极限环 混沌     

行波管放大器中场极限环和混沌行为的阈值分析

以场方程和电子运动方程为基础，分析了行波管放大器中辐射场演化过程中出现极限环振荡和混沌态的电流阈值.结果表明：在某些参数范围内，辐射场会出现这些非线性不稳定态.相互作用区域越长，失谐量对阈值的影响越明显.当器件工作在非线性区域时，输出功率与电流、失谐量和相互作用区长度三个参数的关系变得紊乱无序，控制这三个参数在输出功率曲线的峰值点上，可在非线性区域获得较高的输出功率. 关键词： 行波管 辐射场 阈值 混沌     

行波管放大器中的电子混沌现象

用自洽方程模拟了波-粒相互作用过程中的电子混沌行为.结果表明：随着电流的增大，电子在相空间的运动轨道将变得混沌，混沌轨道受失谐量的影响.在时间上，电子混沌比场的极限环和混沌振荡出现要早.与场出现极限环振荡的电流阈值相比,出现电子混沌的电流阈值要小；在场呈极限环状态的“软”非线性区域，电子的混沌轨道占据大部分相空间；而在场混沌的“硬”非线性区域，混沌轨道则弥漫在整个相空间.当电流一定时,电子的混沌运动图样是不变的；在一定的电流范围内， 场的极限环和混沌振荡特征是确定的， 但它们的输出功率是不确定的. 关键词： 行波管放大器 电子混沌 相空间轨道 非线性相互作用     

行波管放大器的非线性混沌特性

以一组非线性方程为基础,从混沌动力学角度,通过计算电子的相空间轨道和辐射场的时空分布图谱,简要分析了行波管放大器的时空混沌特性,计算了行波管输出功率的演化。计算结果表明:行波管放大器辐射场与电子束是一个非线性相互作用的耗散系统,其参数影响整个系统的行为演化,当电流和失谐量等参数变化并超过一定阈值时,系统出现时空混沌特性,输出具有连续的宽频谱性。     

外控弱周期电位约束近似下电极BZ体系中极限环振荡的蜕变

在纯粹BZ反应体系的三变量Oregonator模型及电极过程动力学的基础上,建立了电极BZ反应体系的动力学模型.并在外控弱周期约束近似下,对这类电极BZ反应体系的慢流型上准定态进行了线性化稳定性分析;同时进一步对该类体系中有利于出现极限环振荡的范围进行了计算,绘制出了出现极限环振荡的参数区域.计算机模拟发现,由于外控电极电位的周期性变化,Pt电极反应相中出现极限环振荡的参数区域发生蜕变在极限环振荡区域内呈现的动力学行为是BZ反应的本征自组织行为,但其周期振幅已发生变异;而在振荡区域外体系则可出现对外控约束的纯粹响应性振荡,周期与外控约束电位振荡相同.     

二次耦合光力学系统的一类高维可控自持振荡行为

光力学系统通常的耦合是光压耦合, 是光场强度和纳米振子位移的一次耦合, 但在光场很强和振子振幅较大的光力学系统中, 非线性的耦合效应会变得非常明显和重要, 而且其所产生的非线性效应对制造具有特殊功能的光力学器件具有重要意义. 本文在二次耦合模型的基础上研究了光腔和振子之间通过二次耦合作用达到能 量平衡状态时系统所产生的自持振荡现象, 给出了二次耦合光力学系统的一般模型, 并通过数值方法研究了系统的定态行为和远离定态的极限环动力学行为, 标定了系统定态响应的稳定区域到极限环行为的分岔点. 发现在调节输入场参数(改变耦合系数)以及光腔和振子的弛豫系数时, 系统的相空间会出现一些稳定的高维自持振荡极限环. 通过数值分析发现该四维极限环在三维相空间的投影都趋于稳定的三维周期轨道, 并且该极限环轨道会随外部调控参数的改变发生扭动, 出现类似二维李萨如图样的稳定纽结结构. 该现象表明: 通过光场与振子的能量耦合, 利用一定强度的外部驱动可以有效控制振子的定态响应和振动, 可以让微振子锁定在具有一定振幅和频率的自发振动上, 为开发物理器件提供了可靠的光力学控制系统. 关键词： 光力系统 二次耦合 自持振荡 极限环     

圆内开缝圆自然对流的Ruelle-Takens混沌道路

使用热格子Boltzmann方法针对圆内开缝圆自然对流的流动与换热进行数值模拟，通过相空间、功率谱等进行非线性动力学特性分析，研究其流动与换热的稳定性.结果表明：随着瑞利数Ra的增加，流场的相图从开始稳定的平衡点经历Hopf分岔后转变为极限环，表明流场进入一个倍周期性振荡状态；随着瑞利数进一步增加，稳定的极限环分岔为二维环面，系统相空间结构复杂化；当瑞利数Ra大于某一临界值时，二维环面分岔突变进入混沌状态，系统在相空间中出现非常复杂的轨线结构.总体上，通过系统不同瑞利数所对应的非线性动力学特性的表现形式，表明系统经过Ruelle-Takens道路到达混沌，展现出自然对流从稳定的流动和换热发展到非线性运动特征的混沌历程.     

太赫兹场和倾斜磁场对超晶格电子动力学特性调控规律研究

微带超晶格在磁场和太赫兹场调控下表现出丰富而复杂的动力学行为, 研究微带电子在外场作用下的输运性质对于太赫兹器件设计与研制具有重要意义. 本文采用准经典的运动方程描述了超晶格微带电子在沿超晶格生长方向(z方向)的THz场和相对于z轴倾斜的磁场共同作用下的非线性动力学特性. 研究表明, 在太赫兹场和倾斜磁场共同作用下, 超晶格微带电子随时间的演化表现出周期和混沌等新奇的运动状态. 采用庞加莱分支图详细研究了微带电子在磁场和太赫兹场调控下的运动规律, 给出了电子运行于周期和混沌运动状态的参数区间. 在电场和磁场作用下, 微带电子将产生布洛赫振荡和回旋振荡, 形成复杂的协同耦合振荡. 太赫兹场与这些协同振荡模式之间的相互作用是导致电子表现出周期态、混沌态以及倍周期分叉等现象的主要原因.     

外控弱周期电流约束下电极B-Z反应体系中的时间自组织

以经典BZ化学反应体系的三变量Oregonator模型及电极过程动力学为基础,提出了外控弱周期电极电流约束下电极BZ反应体系与体相BZ反应体系相互耦合的动力学模型.在体相处于稳定定态参数条件下,系统地研究了外控弱周期电流约束下电极BZ反应体系中的动力学行为,定量分析了电流慢变流型上的准定态稳定性及有利于出现极限环振荡区域.研究表明,与以前所报道的外控弱周期电位约束情况类似,在外控弱周期电流约束下电极BZ反应体系中的极限环振荡区域亦发生了蜕变,但体系对外控电流约束中的这种持续性之周期扰动的响应表现在两个方面:有利于出现极限环振荡区域的缩变及原非振荡区胁迫振荡的出现.     

非对称耦合量子阱的吸收非线性增强

基于V 形三能级模型运用密度矩阵方程推导了非对称耦合量子阱三阶光学非线性极化率. 具体分析了三阶吸收非线性效率（三阶光学非线性极化率与线性吸收系数之比）随阱间电子相干振荡频率的变化规律. 理论结果表明：三阶吸收非线性效率对阱间电子相干振荡频率相当敏感，当阱间电子相干振荡频率增大时三阶吸收非线性效率显著增强，而当阱间电子相干振荡频率为零时，这种非线性效率类似于单量子阱情况. 与单量子阱相比，对于已设计好的非对称耦合量子阱结构其突出特征表现在，其非线性吸收与色散特性可经由沿材料生长方向偏压进行控制. 据此，我们预期利用这种非对称耦合量子阱结构能设计成光通信中的光限幅器和可控克尔光开关.     

Effects of nonlinear mode coupling on the chaotic dynamics of multimode lasers

The dynamics of individual modes of a cw multimode dye laser in a 2-mirror configuration has been studied theoretically and experimentally. Numerical solutions of the laser rate equations including nonlinear mode coupling exhibit chaotic and stochastic behavior in the regime of high and low power, respectively. Chaotic behavior due to mode coupling has been observed in the operating regime well above threshold. The mode dynamics in this case is characterized by a chaotic attractor with low dimension between 2 and 3. With decreasing laser power the dimension increases, suggesting stochastic behavior due to quantum noise in the limit of the laser threshold.On leave at 1. Institut für Experimentalphysik, Universität Hamburg, Fed. Rep. Germany     

Bifurcation and chaos analysis for aeroelastic airfoil with freeplay structural nonlinearity in pitch

The dynamics character of a two degree-of-freedom aeroelastic airfoil with combined freeplay and cubic stiffness nonlinearities in pitch submitted to supersonic and hypersonic flow has been gaining significant attention. The Poincaré mapping method and Floquet theory are adopted to analyse the limit cycle oscillation flutter and chaotic motion of this system. The result shows that the limit cycle oscillation flutter can be accurately predicted by the Floquet multiplier. The phase trajectories of both the pitch and plunge motion are obtained and the results show that the plunge motion is much more complex than the pitch motion. It is also proved that initial conditions have important influences on the dynamics character of the airfoil system. In a certain range of airspeed and with the same system parameters, the stable limit cycle oscillation, chaotic and multi-periodic motions can be detected under different initial conditions. The figure of the Poincaré section also approves the previous conclusion.     

Nonlinear dynamics of an optical phase locked loop in presence of additional loop time delay

The dynamics of an optical phase locked loop (OPLL) with first order loop filter having inherent loop time delay is investigated. In the presence of delay, the system is modeled as a third order autonomous system. In the out of lock condition or during the process of locking, the dynamics of the system is highly nonlinear and different nonlinear phenomena, like limit cycle oscillation, period doubling, chaotic oscillations etc., may be observed with the variation of design parameters. Applying the techniques of the nonlinear dynamics, we have calculated the effects of the inherent loop time delay in determining the state of the loop. The analytical results predicting the parameter values for stable and unstable region of operation are obtained using the quasi-linear Routh–Hurwitz method. The parameter range required for the onset of chaotic oscillations is estimated by Melnikov's global perturbation method. The predicted results are in agreement with those obtained by numerical integration of system equations.     

Nonlinear oscillations and chaos in n-InSb

We present evidence for chaotic behavior in n-InSb. The Hall voltage exhibits a period-doubling route to chaos as the (non-ohmic) dc current is increased. The nonlinear oscillation and bifurcation processes are strongly influenced by irradiation with CO₂ laser radiation.     

Atomic population oscillations between two coupled Bose——Einstein condensates with time-dependent nonlinear interaction

The atomic population oscillations between two Bose--Einstein condensates with time-dependent nonlinear interaction in a double-well potential are studied. We first analyse the stabilities of the system's steady-state solutions. And then in the perturbative regime, the Melnikov chaotic oscillation of atomic population imbalance is investigated and the Melnikov chaotic criterion is obtained. When the system is out of the perturbative regime, numerical calculations reveal that regulating the nonlinear parameter can lead the system to step into chaos via period doubling bifurcations. It is also numerically found that adjusting the nonlinear parameter and asymmetric trap potential can result in the running-phase macroscopic quantum self-trapping (MQST). In the presence of a weak asymmetric trap potential, there exists the parametric resonance in the system.