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反馈下氦氖激光器混沌激光产生的理论及实验研究

张元芳  
【摘要】:本文首先概述了混沌的基本概念,系统地介绍了A类单模氦氖激光器(632.8nm)满足的动力学方程及其稳定性条件,然后较详细地分析了反馈下氦氖激光器产生的动力学特征和运行规律。 基于外光反馈机制,利用氦氖激光器进行了混沌激光产生的理论及实验研究,全文围绕单反馈和双反馈两种情况下激光器产生的动力学特性进行分析: (一)单反馈:一方面在固定抽运电流和外腔长度的情况下,数值模拟分析不同反馈系数对氦氖激光器输出特性的影响,并在实验中得到了验证。理论及实验结果表明:氦氖激光器在单反馈下随着反馈系数的增大可通过周期态进入混沌,且输出的混沌带宽也随之增大;另一方面在固定抽运电流和反馈系数的情况下,理论研究不同反馈长度对氦氖激光器输出特性的影响。数值结果表明:氦氖激光器在单反馈下随着反馈长度的增大可通过周期态进入混沌,且输出的混沌带宽随之增大。另外,除反馈系数和反馈长度对氦氖激光器输出有影响外,失谐函数也对其产生影响,表现为相位因子(增益相位因子和饱和相位因子)会影响氦氖激光器的输出。 (二)双反馈:理论模拟两个外反馈光路中的反馈系数和反馈长度对氦氖激光器输出特性的影响。理论研究表明:与单反馈下产生的动力学特征相比,氦氖激光器在双反馈下是一个复杂的动力学系统,更容易输出混沌振荡,产生较高带宽的混沌。 由于混沌信号具有天然的保密性、抗干扰性和不可预测性等特点,使得混沌在保密通信和抗干扰测距等中具有很大潜力。因氦氖激光器具有自身的特点,如相干性好,价格便宜,短的波长等,在混沌测距和混沌传感等方面有望得到更好的应用。本文的工作对研究混沌在实际中的应用具有一定的参考价值。


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