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垂直腔面发射半导体激光器的混沌与混沌同步及其应用

作　者: 王伟
导　师: 钱兴中；张胜海
学　校: 解放军信息工程大学
专　业: 光学工程
关键词: 垂直腔面半导体激光器 光学混沌 混沌同步 保密通信
分类号: TN248.4
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要


VCSELs(垂直腔面发射半导体激光器)作为一种新型微腔激光器,具有极低的阈值电流、较小的远场发散角、调制频率高、易于实现圆形出光、单纵模工作和二维面阵集成等优点,是光互连,并行光信号处理,混沌通信等方面的理想选择。VCSELs的混沌、混沌同步的研究能够为其在光学保密通信中的应用提供重要参考,因此具有重要意义。本文研究了VCSELs的混沌、混沌同步及其混沌同步在保密通信中的应用。论文主体分三个部分。第一,VCSELs的混沌动力学特性;第二,VCSELs的混沌同步;第三,VCSELs混沌同步在保密通信中的应用。第一,首先介绍了垂直腔面发射半导体激光器的基本理论,然后我们依据电流调制下的VCSELs动力学模型,给出了不同参数下的分岔图。通过分析时间序列和相应的功率谱确定了VCSELs系统处于混沌态和周期态的参数区间。研究了偏置电流,调制频率以及有源层厚度对VCSELs系统混沌动力学特性的影响:偏置电流较小时激光器出现了阵发混沌态,随着偏置电流的增大系统逐渐处于周期一态;调制频率较小时,激光器处于周期一态,随着调制频率的增大系统则出现了阵发混沌;有源层厚度较小的VCSELs始终处于周期一态,有源层厚度较大的系统出现了阵发混沌。第二,依据混沌同步理论和正弦电流调制下VCSELs的混沌动力学特性,首先利用外部混沌信号参数调制同步方案实现了两个VCSELs系统的混沌同步,相关系数的计算表明随着调制强度的增大两个系统达到了精确同步,同时我们还发现调制强度越大,系统越容易达到同步。我们还把外部混沌信号参数调制同步方案推广到多个VCSELs系统。然后分别用光电互耦合方案,连续变量光电反馈方案,延迟光电反馈方案实现了两个VCSELs系统的精确同步,达到了很好的同步效果,并把连续变量光电反馈同步方案推广到多个激光器系统。第三,以光学混沌保密通信原理和VCSELs混沌同步为基础,采用混沌掩盖技术,分别利用VCSELs光电互耦合同步方案和VCSELs连续变量反馈同步方案实现了模拟信号和数字信号的光学保密通信,并且比较了这两种VCSELs同步方案在光学混沌保密通信中的优劣,为VCSELs混沌同步在保密通信中的应用提供了重要理论参考。

全文目录


摘要  6-7
Abstract  7-9
第一章 绪论  9-17
  1.1 混沌的概念、性质和发展  9-11
    1.1.1 混沌的概念  9
    1.1.2 混沌的特性  9-10
    1.1.3 进入混沌态的途径  10
    1.1.4 混沌的发展  10-11
  1.2 光学混沌及其同步  11-15
    1.2.1 光学混沌的发展  11-12
    1.2.2 混沌同步  12-15
  1.3 垂直腔面半导体激光器的混沌和同步  15-16
  1.4 本文的研究内容  16-17
第二章垂直腔面发射半导体激光器混沌动力学特性  17-27
  2.1 垂直腔面发射半导体激光器的基本理论  17-19
  2.2 VCSELs混沌动力学特性  19-26
    2.2.1 偏置电流对VCSELs混沌动力学行为的影响  19-22
    2.2.2 调制频率对VCSELs混沌动力学行为的影响  22-23
    2.2.3 有源层厚度对VCSELs混沌动力学特性的影响  23-26
  2.3 本章小结  26-27
第三章 VCSELs的混沌同步研究  27-42
  3.1 VCSELs的外部混沌信号参数调制同步  27-33
    3.1.1 外部混沌信号参数调制同步方案  27-28
    3.1.2 数值模拟结果  28-30
    3.1.3 相关系数分析  30
    3.1.4 同步效果分析  30-31
    3.1.5 推广到多个系统  31-32
    3.1.6 考虑时间延迟的情况  32-33
  3.2 VCSELs的光电互耦合同步  33-36
    3.2.1 光电互耦合同步方案  33-35
    3.2.2 光电互耦合同步模拟  35
    3.2.3 相关系数分析  35-36
  3.3 VCSELs的连续变量反馈同步  36-39
    3.3.1 连续变量反馈同步方案  36-37
    3.3.2 同步模拟结果  37-38
    3.3.3 推广到多个系统  38-39
  3.4 VCSELs的延时光电反馈同步  39-41
    3.4.1 延时光电反馈同步方案  39-40
    3.4.2 同步模拟结果  40-41
  3.5 本章小结  41-42
第四章 VCSELs混沌同步在保密通信中的应用  42-51
  4.1 保密通信基本理论  42-44
  4.2 VCSELs的光电互耦合同步在保密通讯中的应用  44-47
    4.2.1 保密通信方案  44-45
    4.2.2 模拟结果  45-47
  4.3 VCSELs的连续变量反馈同步在保密通信中的应用  47-49
    4.3.1 保密通信方案  47-48
    4.3.2 模拟结果  48-49
  4.4 两种同步方案在保密通信中的比较  49-50
  4.5 本章小结  50-51
第五章 结束语  51-53
参考文献  53-57
攻读硕士学位期间完成的主要工作  57-58
致谢  58

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中图分类: > 工业技术 > 无线电电子学、电信技术 > 光电子技术、激光技术 > 激光技术、微波激射技术 > 激光器 > 半导体激光器
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