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《湖南大学》 2018年
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基于可控噪声源的非线性传输混沌现象研究

羊裔军  
【摘要】:在非线性光学领域,混沌现象是当前最重要的研究热点之一。光学混沌具有内在随机性、对初值敏感、长期不可预见等特性,在保密通信、光学图像加密、真随机数生成等领域具有广阔的应用前景。目前对于相位共轭、二次谐波、受激布里渊散射等非线性现象引起的光学混沌现象已经被广泛研究,但是对于由调制不稳定性(MI)引起的混沌现象的研究较少。本文利用带宽可控的随机噪声诱发光脉冲的调制不稳定性,研究了随机噪声调制后的光脉冲在非线性传输过程中出现的混沌现象的机理。首先,通过对非线性薛定谔方程稳态解加入微扰进行线性分析,得到了调制不稳定性的色散关系式和增益函数。随后引入平均增益计算公式,并利用余弦调制计算高斯脉冲在单点频率处的增益,通过数值拟合得到高斯脉冲的增益谱。其次,建立了一个带宽可控的随机噪声模型,该随机噪声带宽可以通过设置关联长度来控制。基于这一随机噪声理论模型,提出了一种带宽可控的光随机信号源的产生方法。通过分析随机噪声对不同光脉冲传输的影响对随机噪声的传输特性进行了探讨,发现随机噪声的带宽越小,噪声对脉冲传输的影响越小,且随机噪声调制后Airy脉冲和超高斯脉冲会演化成混沌光场,并且有流氓波生成。此外,随机噪声会破坏除基态孤子之外高阶的孤子脉冲的稳定性。最后,研究了可控噪声调制的高斯脉冲在非线性传输过程中产生的混沌现象,并分析了入射脉冲的初始参数对混沌场中流氓波产生的影响。根据高斯脉冲在不同传输距离时主导的非线性效应的不同以及脉冲演化情况,高斯脉冲的演化过程分成两个阶段,调制不稳定性(MI)阶段和流氓波(RW)阶段。在MI阶段,高斯脉冲演化时主要受到调制不稳定性的影响,部分噪声频率发生指数型增长。在RW阶段,流氓波在非线性效应的影响下发生无规律的分裂和合并。在RW阶段的光场演化是混沌的。增加噪声关联长度、调制深度、初始功率都会使高斯脉冲更快地演化为混沌场,生成流氓波所需传输距离也相应变短。增加高斯脉冲的初始功率和冲脉宽会使生成的流氓波数量增加多。入射脉冲的初始参数中只有初始功率会影响高斯脉冲的调制不稳定性增益。此外,还通过仿真验证了这种基于可控随机噪声生成混沌光场或流氓波的方法对于功率抖动有一定的抵抗能力。
【学位授予单位】:湖南大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2018
【分类号】:O437;O415.5

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【参考文献】
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