光电振荡器输出的混沌激光特性分析

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光电振荡器产生的混沌激光具有平坦的功率谱、高关联维度等优点,在保密通信、高速随机数产生、混沌雷达和光时域反射仪等领域具有的极大的应用价值,使得光电振荡器逐渐成为混沌激光产生装置的研究热点,其产生的混沌激光的特性也引起了人们的关注。本文通过数值模拟的方法,详细分析了光电振荡器产生混沌信号的路径以及混沌信号的特征,主要完成了如下内容:1、在简要说明混沌的基本性质和混沌研究发展过程的基础上,阐述了混沌激光在保密通信、高速随机数发生器、混沌雷达和光时域反射仪中的应用,以及常用的混沌激光产生方式,并介绍了光电振荡器产生混沌激光的研究现状。2、对光电振荡器的系统进行了描述。介绍了光电振荡器产生混沌激光的系统结构,并对光电振荡系统中各个器件进行了说明,在此基础上建立了光电振荡器产生混沌激光的数值模型,得到用于数值研究光电振荡器输出动态的延迟微分方程。3、利用延迟微分方程数值模拟了光电振荡器的动态输出,详细研究了不同直流偏置相移情况下光电振荡器产生混沌激光的路径。分别选取了直流偏置相移为-π/4、π/4和0三种情况作为特例,通过增加反馈强使光电振荡从稳态输出过渡到混沌态输出。用分岔图和最大李亚谱诺夫指数曲线从整体上观察了光电振荡器输出状态的变化规律,用时间序列、功率谱和相图分别研究了光电振荡器各个输出状态的特征。结果表明,随着反馈强度的增加,光电振荡器的输出都可以进入混沌态,但是在不同直流偏置相移的情况下,光电振荡器的输出进入混沌态的路径完全不一样。当直流偏置相移为-π/4时,光电振荡器的输出经一倍周期状态过渡到"breather"现象,最后进入完全混沌状态。当直流偏置相移为π/4时,光电振荡器的输出经方波的高次谐波分岔进入混沌状态。而当直流偏置相移为0时,光电振荡器的输出经过短暂的脉冲输出后变为混沌状态。4、对光电振荡器产生的混沌信号的特征进行了分析。主要通过自相关函数、80%信号的能量定义为带宽和最大李亚谱诺夫指数,分析了直流偏置相移和反馈强度对光电振荡器产生的混沌信号的时延信息、带宽和复杂度的影响。研究结果表明,直流偏置相移在0附近可以有效抑制时延信息,增加反馈强度可以使时延信息变得更加微弱甚至消除,另外,当直流偏置相移和反馈调制产生的相移变化π/2时,自相关曲线上对应于延迟时间处的相关系数符号发生变化;增加反馈强度可以增加光电振荡器输出混沌激光的带宽,并且当反馈强度较小时,直流偏置相移在0附近可以得到带宽较大的混沌信号,而当反馈强度较大时,直流偏置相移对混沌信号的带宽影响很小;增加反馈强度可以增加光电振荡器输出混沌激光的复杂度,并且当反馈强度较小时,直流偏置相移在0附近不利于产生复杂的混沌信号,而当反馈强度较大时,直流偏置相移对混沌信号的复杂度影响很小。
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