延时反馈双环掺铒光纤激光器互注入系统中的混沌同步研究

分析了延时反馈双环掺铒光纤(EDF)激光器互注入 系统的动态特性,并引入一种量化时间序列复杂度的评 价方法——排列熵(PE,permutation entropy),对激光器输出状 态和混沌同步质量与复杂度的关系进行讨论。研究表明,通过调节反馈 延迟时间和反馈强度可控制系统的输出状态,使系统输出为周期态和混沌态,而且利用PE熵计算激光器 输出信号的复杂度相对于分岔图同样能直观准确的反映出系统动态行为;在激光器独立工作 情况下,输出 信号的混沌区域内夹杂有较多的周期态,而在互注入情况下,混沌区域增宽且较为平坦,同 时输出信号复 杂度的PE值较高,互注入系统有利于参数选择的范围和提高混沌通信系统的安全性;提 高注入强度可 得到高质量的混沌同步,两个激光器在同步和不同步时输出信号的复杂度是 不同的,可见 研究激光器输出信号的复杂度可成为分析混沌同步质量的一种参考。     

延时光电反馈法实现半导体激光器的混沌控制

采用延时光电反馈法实现了半导体激光器的混沌控制.首先通过数值计算激光器的动力学方程,绘制了系统的最大李雅普诺大(Lyapunov)指数随注入电流调制强度的变化曲线,确定了激光器处于混沌态的参数区间[0.51,0.60].然后利用延时光电反馈方案实现了激光器的混沌控制.数值模拟表明,这种方案能够实现两类不同的混沌控制.第一,能将系统由混沌态控制到其固有的周期态,这类控制不改变系统原有的动力学行为;实现稳定控制以后,控制信号可以趋近于零,激光器的周期输出不需要控制信号来维持;第二,能将系统南混沌态控制到新的周期态,这类控制改变系统原有的动力学行为;实现稳定控制以后,控制信号不可以趋近于零,激光器的周期输出需要控制信号来维持.     

双环掺铒光纤激光器混沌的耦合反馈相移控制

提出了双环掺铒光纤激光器混沌耦合反馈相移控制方法和物理模型,利用耦合器将系统的输出量反馈到系统中,选取适当的反馈系数,并在反馈通道上加入相移控制器PC控制反馈光的相移,通过对反馈系数和反馈光相移的控制可以实时、动态、有效地控制激光混沌到稳定态和周期态;结合混沌耦合反馈相移控制方法和物理模型,建立了该控制模型的动力学方程;运用数值计算分析了系统输出状态随着控制参数变化的演化规律,表明控制参数反馈系数和反馈光相移的变化可以使系统的输出产生丰富的具有一定规律性的激光动力学现象;最后讨论了混沌被控制到单周期态时系统输出的振荡周期的变化规律与控制量的关系,在选取适当的控制参数,快速达到所需输出状态时,可以充分利用这一关系。     

光纤中的色散和非线性效应对混沌同步的影响

基于描述光反馈半导体激光器的动力学以及信号在光纤信道中传输的理论,研究了光纤中色散和非线性效应对混沌信号传输以及发射和接收激光器的混沌同步特性的影响,目的是为远程光纤混沌保密通信提供理论指导。数值模拟结果表明:光纤非线性效应只影响信号的位相,不会影响混沌信号的强度;光纤色散将使混沌信号发生严重变形,影响混沌系统的同步性能:通过在接收器的前端放置放大器以补偿光纤的损耗,信号经过200km的色散位移光纤传输后,发射和接收激光器输出混沌信号的关联系数仍可达到0.99,即系统可达到很好的同步性能。     

半导体激光器混沌相位共轭反馈控制方法

提出了半导体激光器混沌相位共轭反馈(PCF)控制方法,建立了相位共轭反馈控制条件下激光器电流激发混沌的物理模型,发现其混沌控制物理机制是相位共轭反馈影响改变了激光器非线性增益和线宽增强因子特性,控制了系统的动力学行为及频率特性,其影响程度与反馈系数、延迟时间和光线宽增强因子等有关。数值模拟结果表明,在不同强度的光反馈下,通过调节相位共轭反馈光的延迟时间可以控制混沌激光到周期态、双周期态、多周期态等;发现相位共轭反馈控制特点是反馈光场和输出激光处于相干增强状态去实现混沌控制,且能控制实现激光器功率增强的周期脉冲输出。     

半导体激光器混沌电路延时反馈控制方法

由于当前方法未能建立物理模型,导致混沌电路延时反馈控制复杂度和控制耗时增加,容错率下降,为此提出一种半导体激光器混沌电路延时反馈控制方法。组建半导体激光器混沌电路延时反馈条件下激光器电流激发混沌的物理模型,获取激光器非线性增益和线宽增强因子特性,并获取控制延迟可控条件。分析延迟量和反馈增益的解析关系,获取目标周期轨道控制参数的分岔图,以此为依据进行半导体激光器混沌电路延时反馈控制。实验结果表明,所提方法能够有效降低混沌电路延时反馈控制复杂度和控制耗时,大幅度提升容错率。     

光纤激光器输出不稳定性的混沌控制

研究了光纤激光器的混沌控制问题,采用线性反馈控制对光纤激光器混沌系统进行了稳定控制,通过控制使单模激光混沌系统不再有混沌现象。给出了线性反馈控制函数的表达式,从理论上研究和得到了反馈系数的选择原则。研究结果表明：恰当地选择线性反馈控制函数和反馈系数,可以使单模激光混沌系统具有任意所需要的稳定输出和周期轨道;选择确定的控制函数和反馈系数,可以事先知道控制结果。     

增益可调半导体激光器混沌偏振延时双反馈周期的控制方法

提出增益可调半导体激光器混沌偏振延时双反馈控制方法,分别建立了垂直正交偏振延时双反馈、偏振π/2转动延时反馈控制以及同偏振面方向延时正负反馈激光动力学物理模型等.通过调节激光器外腔光路中的平面镜可控制一平面偏振反馈光的延时时间,或调节一偏振反馈光的偏振面到另一个偏振反馈光的偏振面方向上,或者通过偏振器对偏振光进行相位补偿都可以进行激光混沌控制.数值结果证明该方法可以有效控制激光混沌到周期态等.     

单环掺铒光纤激光器的延时反馈-注入混沌同步

利用延时反馈-注入法研究了具有泵浦光强调制的单环掺饵光纤激光器的混沌同步.数值模拟表明,在合适的反馈和注入条件下,两个单环掺铒光纤激光器能够达到混沌同步.即使存在一定的高斯噪声影响,两个激光器仍然能够达到较好的同步.在此基础上,进一步研究了掺铒光纤激光器中参数不匹配情况对混沌同步的影响.     

利用光反馈半导体激光器产生超宽带混沌脉冲信号

提出了一种基于光反馈半导体激光器的混沌特性产生超宽带(UWB)信号的新方法。一个商用的通信波段半导体激光器在外腔光反馈下实现混沌振荡,输出连续波混沌激光,经由一个电吸收调制器后,被调制为一系列混沌脉冲信号。该混沌脉冲信号的频谱特性可通过调节半导体激光器的偏置电流和反馈强度进行控制。实验分别获得了中心频率为4.0 GHz、相对带宽为181%和214%的混沌脉冲UWB信号。进一步数值仿真了偏置电流和反馈系数对混沌脉冲UWB信号频谱特性的影响,实验结果与模拟验证相符。该方法实验装置简单,UWB信号频谱特性易控,可用作未来UWB光纤无线通信系统的光生微波信号发生装置。     

双包层光纤激光器泵浦光耦合及激光反馈研究

总结分析了高功率双包层光纤激光器的泵浦耦合及激光反馈方式,指出了相关方式中应采取的一些措施.结果表明,采用树枝状结构多模耦合器进行侧向泵浦及采用光纤光栅进行激光反馈是最佳方式.同时特别指出菲涅耳波带片耦合方式的潜在优势,并提出采用镀二色膜等厚球透镜作为双包层光纤激光器腔镜以避免直接端面泵浦对腔镜膜的损坏.     

分布反馈光纤激光器自放大特性实验研究

通过相位掩膜板移动法,制作了非对称相移结构分 布反馈光纤激光器(DFB-FL)。为了获得更高的激光功率,利 用同样长度的掺铒光纤(EDF),分别采用同向泵浦和反向泵浦结构方式进行了窄线宽激光信 号的自放大实验,结 果表明,两种自放大结构的DFB-FL均可充分利用泵浦光功率,在保证激 光线宽展宽有限的前 提下,实现了激光信号至少23dB的功率放大。同时,实验结果对比 说明,同向泵浦放大结构更有利于保 持原激光信号的噪声特性。这为较大输出功率的DFB-FL提供了一种简单 可行的方案。     

光纤延迟线长度编码优化设计

在光纤延迟测向激光告警系统中，光纤延迟线是用来连接光学接收系统和光电转换系统的．起到传输光、延迟光、对光信号进行编码的作用。由于光纤延迟线的长度不同，光学窗口接收到的激光脉冲产生不同的时间延迟．从而实现激光方位信息到时间信息的转变。光纤延迟线的长度对激光告警器的体积、光学损耗、虚警率等因素有着直接的影响，在此利用激光脉冲的相关特性，通过最优化理论对光纤延迟线进行排列组合．提出了光纤延迟线长度编码的优化设计方法，通过对相关理论的分析与计算．得到了一个全向矩阵的排列方式，从而得出了相应的排列原则。按照该原则对光纤延迟线进行排列组合，从理论上得到了最优的光纤延迟线总长度值，为激光测向告警器的优化设计提供了重要的理论依据。     

单环掺铒光纤激光器光延迟反馈的混沌控制

为了找到更加简单稳定激光系统的混沌化方法,采用光延迟反馈方法对单环掺铒光纤激光器特性进行了数值仿真,得到了各种周期现象而且产生了混沌现象。结果表明,利用单模单环掺铒光纤激光器,在附加光延迟反馈环路的方法下可以实现混沌控制。这一结果对应用于保密通信的混沌化简化具有重要意义。     

激光告警系统中的光纤时间延迟测向技术研究

理论分析了光纤时间延迟技术基本原理,并对其在激光测向告警系统中的应用进行了 实验研究。实验中采用高速数字滤波器滤除干扰信号,再通过测量光强重心的光纤延迟时间来解算激光辐射的入射角,从而降低了激光告警系统的虚警率,大幅度提高了延迟测向的准确性与稳定性。     

基于半导体环形激光器的光反馈动力学研究

为了研究半导体环形激光器在外部交叉光反馈情况下的非线性动力学特性, 基于环形激光器的速率方程, 采用数值仿真的方法, 得到了各种反馈参量下的时间序列及功率谱, 并研究了反馈系数对混沌带宽及时间延迟特性的影响。结果表明, 在各种不同外部反馈参量的情况下, 环形激光器展现了单周期、多周期、低频反相波动以及混沌态等丰富的动力学态; 在对称光反馈时, 可得到最大为3.7GHz的混沌带宽; 在时间不对称光反馈时, 产生的混沌信号的时延特征被很好地抑制。该研究结果可为环形激光器的实际应用提供一定的理论参考。     

高能激光注入光纤导光锥耦合性能实验研究

提出了测试光纤导光锥耦合效率的试验方法,通过试验验证了光纤导光锥实现激光传导的可行性,同时在光纤入射角度为1°～5°、运动状态为静止及甩动的条件下,对光纤导光锥的耦合效率进行了实验研究。研究结果表明,光纤导光锥在入射角为1°～5°、光斑直径约为2mm时的激光耦合传输效率大于60%,入射光损伤耐受力低于100mJ。利用光纤导光锥实现高能激光的耦合导光,对于开展光电对抗内场仿真试验具有重要意义。     

被动锁模光纤激光器的多模式输出

被动锁模光纤激光器腔体结构简单,可以实现全光纤集成,是产生超短脉冲的有效方法,而非线性偏振旋转又是其中最重要、最简单的被动锁模方法。为了研究基于非线性偏振旋转被动锁模光纤激光器存在的多种不同工作模式,采用实验方法,得到了包括正常孤子态,多脉冲束缚态,噪声像脉冲态等输出模式。结果表明,基于非线性偏振旋转被动锁模光纤激光器存在多种不同的工作模式。     

串联FBG双波长光纤环形激光器及其有源传感

在得到串联光纤Bragg光栅(FBG)光纤环形激光器双波长输出的基础上,通过提取单个波长并加入了反馈,实现了光纤环形激光器的波分复用(WDM)及有源传感。理论分析了双波长光纤激光器的工作原理及通道间的增益竞争机制,并推导得出了带有光反馈的输出信号。实验结果显示,本文系统可用于实时测量多路振动靶的运动情况;通过研究不同条件下的系统输出,可以得出系统的输出信号与自混合干涉有着相同的灵敏度,可根据条纹的倾斜情况辨识待测物体的运动方向,同时可依据输出信号得到反馈靶面的运动情况。