激光混沌耦合反馈光电及全光逻辑门研究

理论上利用两个混沌半导体激光器的耦合反馈,构建了两种基本的光电及全光门.基本方法是,让外部光注入到两个激光器中而导致激光混沌,通过两激光器激光的相互耦合及反馈实现同步;在这基础上,一是让两激光器分别在电流调制下,控制混沌同步或者非同步,实现光电逻辑门的功能与计算;二是利用光的外部调制方法让两相互耦合激光分别在相位调制下,控制混沌同步或者非同步,并最终实现全光逻辑门的功能与计算.数值结果证明了两方法的可行性. 关键词： 混沌 逻辑门 激光器 同步     

超混沌振荡器的混沌耦合同步

提出了两种应用单变量单向混沌耦合同步超混沌振荡器的同步方案。首先给出了混沌耦合同步方案的数学证明，然后通过数值仿真证实了该混沌耦合同步方案的正确性和有效性。最后通过计算条件李雅谱诺夫指数，比较了不同耦合强度下，两种混沌耦合同步和典型的连续耦合同步的同步性能。计算表明在一定的耦合强度下，混沌耦合比典型的连续耦合同步速度快。     

光纤混沌相位编码保密通信系统理论研究

通过耦合激光混沌相位控制同步系统和光纤信道，提出外部光注入半导体激光器激光混沌相 位控制光纤同步以及混沌相位相移键控外调制光纤保密通信系统理论模型，数值实现了在相 位控制器控制下的远程光纤混沌同步.理论分析了光纤自相位调制对混沌信号以及对同步的 影响，导出了光纤混沌最大传输距离公式.通过连续键控调制相位控制器实现了光纤激光混 沌相位相移键控编码调制发射，设置接收系统相位控制器控制激光相位相移实现了光纤激光 混沌同步解调.数值模拟了具有比特率50Mbit/s远程光纤混沌数字编码通信系统的应用，详 细地进行了在远距离光纤传输中的系统参数失配以及系统抗噪声能力的数值分析. 关键词： 混沌 同步 光纤混沌通信 半导体激光器 相位     

利用超混沌信号调制参数实现简并光学参量振荡器混沌同步

研究在超混沌信号调制参数作用下简并光学参量振荡器的混沌同步.计算结果表明,当调制系数在某确定的范围内使系统的最大条件李指数为负数时,两个或更多台简并光学参量振荡器在新的动力学基础上可实现同步或倒同步.同步方式与初始条件和调制系数有关.当初始条件确定的情况下,调制系数取某些值时,系统的同步方式具有突变性.     

激光混沌并联同步及其在全光逻辑门中的应用研究

提出多量子阱激光器混沌“主-从-响应”式结构同步系统,研究其并联同步在光学逻辑门中的应用. 利用一个注入多量子阱激光器混沌系统注入驱动实现了两个响应多量子阱激光系统的混沌并联同步,同时还获得了“主-从”式结构的混沌同步. 基于响应子系统的混沌并联同步思想,提出了全光逻辑门的基本理论模型并定义了计算原则与方法. 利用光的外部调制方法对两个驱动光进行调制与控制,让两个响应子系统实现同步与非同步,使系统获得了并具有全光逻辑门函数功能与特点,并成功地进行了数字逻辑计算. 具体提出了全光XNOR、NOR、NOT等逻辑门及逻辑计算方法,数值模拟结果证明了系统方案的可行性. 关键词： 混沌 同步 逻辑门 多量子激光器     

简并光学参量振荡器的混沌反控制与混沌同步

针对简并光学参量振荡器的非线性动力学特点,应用两个简并光学参量振荡器之间的互耦合法,研究了简并光学参量振荡器的混沌反控制与混沌同步。数值模拟了简并光学参量振荡器从周期输出到混沌输出的转换,理论计算了对于不同抽运强度的简并光学参量振荡器实现从周期输出到混沌输出的转化需要的最小互耦合系数。数值分析结果说明,具有不同的抽运强度和互耦合系数的简并光学参量振荡器形成的混沌吸引子不同,只要两个互耦合的简并光学参量振荡器实现混沌输出,这两个简并光学参量振荡器之间就能实现混沌精确同步,根据耦合方式的不同,两个简并光学参量振荡器之间存在两种同步方式,即同向同步和反相同步。     

简并光学参量振荡器的超混沌控制与周期态同步

针对简并光学参量振荡器的非线性动力学特点,应用互耦合参量调制法研究了两台简并光学参量振荡器之间的超混沌控制与周期态同步.理论研究结果表明,对于全同或不完全相同的简并光学参量振荡器均可实现从超混沌输出到周期输出的转化,当满足最大条件Lyapunov指数小于零时,两台全同简并光学参量振荡器之间可以实现两种方式的周期态精确同步,即同向同步和反向同步,同步方式与初始条件和调制系数有关.     

结构与参量不确定的网络与网络之间的混沌同步

进行了结构与参量不确定的网络与网络之间的混沌同步研究．通过设计适当的控制输入,不但实现了两个复杂网络之间的混沌同步,而且网络节点状态方程中的未知参量和网络内部节点之间的耦合强度也被同时确定．通过采用具有调制损耗的CO2激光器的状态方程进行仿真实验,发现网络与网络之间的同步性能非常稳定．     

链式互耦合半导体激光器的实时混沌同步

通过在互耦合外腔半导体激光器之间增加中继激光器,建立了一种链式互耦合半导体激光器混沌同步系统模型.理论分析了系统的实时混沌同步条件,数值研究了注入电流、互耦合条件、反馈条件等对系统实时混沌同步品质的影响,揭示了同步质量在反馈强度和互耦合强度二维参数空间的分布规律.结果表明:注入电流较大时,满足互耦合强度和反馈强度相同,互耦合延时和反馈延时相等,系统中所有激光器之间可同时实现稳定高品质实时混沌同步;中心激光器和边激光器之间的稳定实时混沌同步分布在在互耦合强度和反馈强度较小的区域以及互耦合强度和反馈强度相近的区域;边激光器之间由于同时接收到中心激光器实施的相同注入,能够较容易的实现稳定高品质的实时混沌同步.该系统可进一步扩展成为实现远距离的双向实时混沌同步或阵列激光器系统的实时混沌同步.     

光电反馈混沌系统脉冲同步特性研究

提出光电反馈混沌状态下的混沌脉冲同步.首先, 对激光器的混沌动力学方程进行了数值分析, 通过改变反馈系数和脉冲系数来观测混沌状态的变化, 实现了对混沌激光器的控制;然后, 对脉冲同步方程进行数值分析, 给出了同步的模拟图.实验结果表明此方法能实现混沌同步.     

Nullified time-of-flight lead-lag in synchronization of chaotic external-cavity laser diodes

Synchronization of three chaotic diode lasers is effected in a transmitter-mediator-receiver configuration. The transmitter laser's output is bidirectionally coupled to the mediator laser to achieve anticipating synchronization in their output intensities. The mediator laser's output is unidirectionally coupled to the receiver laser to achieve lag synchronization in their output intensities. This combination of lead and lag synchronization nullifies the time-of-flight lead-lag in synchronization between the transmitter and receiver lasers. This approach provides a means of eliminating time-of-flight delays in the synchronization of remote transmitters and receivers.     

Dual synchronization of chaos in microchip lasers

We have achieved dual synchronization of chaos in two pairs of one-way coupled Nd:YVO4 microchip lasers, using only one transmission channel, by experiment and numerical calculation. We observed the individual synchronization of chaos in each pair of two lasers by adjusting the optical frequencies for injection locking between the corresponding pairs. The achievement of dual synchronization is dependent on the injection-locking condition, which is different from the locking condition for a single pair of lasers because of the presence of an additional injection signal from the master laser of the other pair.     

激光局域网络的混沌控制及并行队列同步

本文提出并研究了"单队列-双参数"光电延时反馈控制条件下的激光局域网络的混沌控制及串联的动力学行为的并行队列"交叉驱动-反馈"网络同步实现,建立了该光学局域网络的数学物理控制模型.通过含时延超越方程理论的分析,预言了该光学局域网络是可以实现混沌控制的,且网络两路结点队列是可以实现实时引导控制到多个类周期状态上的,并通过并行队列同步方程理论证明并行串联队列同步是可以获得的.结果发现在可控的激光局域网络两个并行串联队列光路上,分别实现了网络队列结点的混沌控制并能够实现多个类周期的网络结点的并行串联队列同步,实现了络网结点激光器的2周期、3周期、4周期等状态的并行队列同步,以及其他多个类周期的队列并行同步和动态同步.还发现了两个类周期并行队列网络同步控制区域.本文还给出了激光局域网络"并行多点混沌载波同步发射及其在光学超宽带通信中应用"的一个案例并成功实现.这是一种新型的激光混沌局域网络控制系统,具有光局域网络光传送与光联接核心控制技术要素,具有复杂动力学系统与网络的多变量、多空间维度及并行两路不同队列混沌控制技术特点,还具有光网络超宽带通信功能等.其研究结果对局域网络、光网络的控制与同步、激光技术以及混沌的研究具有重要的参考价值.     

双路激光混沌复用系统的混沌同步及安全性能研究

针对一种新型的双路激光混沌复用系统, 建立相应的速率方程模型, 详细分析了两个主激光器的单个参数失配、多个参数同时失配、反馈强度差异以及频率失谐对混沌同步性能的影响, 并对此复用系统的安全性能和频谱性能进行了研究. 研究结果表明: 采用参数失配方案, 通过合理选择两个主激光器的参数, 可以保证两个主激光器之间的同步性能较差而两对主从激光器间实现高品质的混沌同步, 因此满足双路激光混沌复用的条件; 两个主激光器之间的参数失配对它们之间的同步性能影响较大, 然而对配对主从激光器间同步性能的影响并不明显, 进一步说明参数失配方案的有效性和可行性. 另外, 通过自相关函数和频谱分别分析混沌复用信号的时域和频域特征, 发现双路激光混沌复用系统可提供更高的安全性.     

Stable route-tracking synchronization between two chaotically pulsing semiconductor lasers

Stable route-tracking synchronization is experimentally demonstrated in two semiconductor lasers with delayed optoelectronic feedback. When the two lasers are stably synchronized, the receiver laser is observed to track the route to chaotic pulsing of the transmitter laser. The stability of the route-tracking synchronization is examined by calculation of the transverse Lyapunov exponents of the coupled system.     

Synchronization of chaotic VCSELs by external chaotic signal parameter modulation

Synchronization of chaotic vertical-cavity surface-emitting lasers （VCSELs） is achieved by external chaotic signal modulation successfully. Simulation indicates that we can get chaos synchronization if the intensity of external chaotic signal is large enough. First of all, we use direct current modulation to achieve the chaos of VCSELs, and determine the laser＇s chaotic state by analyzing time series of the output and the corresponding power spectrum. And then we achieve synchronization of the two chaotic systems by external chaotic signal parameter modulation. We also find that the larger the modulation intensity is, the easier it is to achieve synchronization for chaotic VCSELs. This approach can also be applied to systems with a number of modulated lasers.     

Impulsive Synchronization of Laser Plasma System

The issue of impulsive synchronization of the coupled chaotic laser plasma system is investigated. A new framework for impulsive synchronization of such chaotic systems is presented, which makes the synchronization error system a linear impulsive control system. We derive some sufficient conditions for the synchronization of a laser plasma system via impulsive control with the varying impulsive intervals, which allows us to derive the impulsive synchronization law easily. To illustrate the effectiveness of the proposed results, two numerical examples are given.     

半导体光放大光纤环形激光器的偏振混沌与相干性

研究了基于半导体光放大器(SOA)的光纤环形激光器的偏振混沌光的特性及其相干性。实验采集激光器的输出功率和偏振度,得到了基于半导体光放大器的光纤环形激光器的输出从自发辐射到受激辐射、再到偏振态混沌激光辐射的演化过程。利用马赫-曾德尔(M-Z)干涉仪验证了混沌激光的相干性,并发现混沌干涉只有零级。测量不同光程差时干涉仪的输出功率,计算相应的干涉条纹可见度,进一步算得混沌激光的相干时间约为40 ps。这一结果与根据光谱计算的该混沌激光的相干时间43 ps基本一致。实验还测得该混沌激光的相干性与半导体光放大器的电流无关。并指出了混沌激光相干应用于低相干光源探测领域的灵敏度和分辨力优势。     

Synchronization of gas-laser modes during modulation of the dielectric constant of the medium

In a calculation of the regions in which the modes of a gas laser are synchronized during modulation of the dielectric constant of the laser medium, two synchronization regions are found. The synchronization band in one of them is much higher than that in the other. The calculated results are confirmed experimentally, and it is shown that when the modes are synchronized the fluctuations in the radiation intensity are 20–30 dB below their level in the absence of synchronization.Translated from Izvestiya VUZ. Fizika, No. 8, pp. 17–22, August, 1970.