南京晓庄学院电子工程学院，江苏 南京 211171
提出双星光纤激光同步网络，具体研究双星交叉驱动-反相控制并联光纤激光同步网络系统与理论。该网络的结构和光学特点是：先利用双环掺铒光纤激光器构成网络“双星”激光双驱动源；然后采用“双星交叉驱动”对两组并联的多个单环掺铒光纤激光器进行驱动，由此构成双星交叉驱动两组并联光纤激光网络；最后分别利用“反相位控制与光学驱动”技术实现两组网络并联节点的同步，并进一步实现两组网络并联节点与双星的交叉同步，即实现双星光纤激光同步网络功能。由此设想与构建，给出网络的数学物理光学方程组。从理论上证明了网络并联节点簇同步以及网络节点与双星的交叉同步，形成了网络“星-节点”同步簇理论模式，并成功预测了双“星-节点”并列同步簇的存在。针对两组相互独立并联节点簇的单环掺铒光纤激光器以及作为网络双星的双环掺铒光纤激光器对应激光环的同步进行了数值模拟。本研究发现了网络的单“星-节点”同步簇、混沌同步簇、类周期同步簇、并列双“星-节点”同步簇等。本文还讨论了不同参数条件下双星交叉驱动-反相位控制并联同步光纤激光网络功能的实现。本研究对于光学网络、光纤激光同步网络及其应用具有重要的参考价值。
光纤光学 激光技术 光网络 同步 光纤激光器 双星 混沌 中国激光
2022, 49(11): 1106003
南京晓庄学院电子工程学院, 江苏 南京 211171
研究了一种新型激光混沌编码系统。该系统将两个空间耦合激光器与另外两个激光器同步,实现了混沌保密通信中的交叉发射和交替并行接收(CEAPR)应用。理论上给出了两个CEAPR的混沌编码和解码方程;定义了激光混沌CEAPR的编码解码数学物理原则;实现了两个CEAPR技术方案的应用。系统显著特点是发射混沌编码载波的激光器和接收机激光器具有不同参数(完全不同于传统混沌通信收发同参数密钥系统),且发射源具有多个变量,可实现信息的安全交叉与交替传送,应用灵活,给入侵者从载波上破译通信内容增加了一定的难度。
光通信 混沌 激光技术 同步 编码
南京晓庄学院电子工程学院, 江苏 南京 211171
提出了一种基于相位共轭及交叉相位共轭反馈半导体激光器的耦合非线性动力学系统,分析了频率失谐及频率增强原理,研究了4个相位共轭反馈技术方案并进行两激光器混沌增频。研究结果表明,当利用相位共轭反馈对单个激光器进行混沌增频时,增频效果显著增强到原来的4倍;当利用相位共轭双反馈对两耦合激光器同时进行混沌增频时,增频效果达到原来的5倍以上,且谱线明显展宽;当利用相位共轭交叉反馈对激光器进行混沌增频时,激光器混沌振荡频率可被显著增加到原来的4.4倍;当利用相位共轭双交叉反馈对两个激光器同时进行混沌增频时,两激光器混沌振荡频率同时显著增加到原来的4倍或6倍,频谱明显展宽。此外,还提出了一种利用相位共轭双交叉反向反馈增加激光器混沌振荡频率的方法,研究结果表明:随着反馈量的增加,两激光器混沌振荡频率增加,最大可增加到原来的4.2倍或5.9倍,且频谱显著展宽。
非线性光学 混沌 激光技术 增频 相位共轭
Author Affiliations
Abstract
Department of Physics and Electronic Engineering, Nanjing Xiaozhuang University, Nanjing 211171, China
Nonlinear dynamics in an optoelectronic delayed feedback semiconductor laser and its application in sensing are studied. We analyze the theories of stability and period of the laser. A route to quasi-periodic bifurcation or a stochastic state from stability is numerically analyzed by shifting the feedback level. The induced dynamics are found to be in one of four distributions (stable, periodic pulsed, period-three pulsed, and undamping oscillating). An external injection into the laser results in the process being more or less the opposite with the conventional optical injection cases. Based on this process or the dynamic regimes, we present a modeling of the incoherent detection sensor using the nonlinear period-one characteristic of the laser. The sensor discriminates the injection light variation as a sensing signal via detecting the behaviors from the period-one laser.
040.5160 Photodetectors 140.5960 Semiconductor lasers 190.3100 Instabilities and chaos Chinese Optics Letters
2015, 13(4): 040401
南京晓庄学院物理与电子工程学院， 江苏 南京 211171
提出了光延时反馈空间耦合半导体激光系统，研究空间耦合两激光器在光延时反馈条件下混沌的振荡频率增强与控制，给出了稳定频率失谐公式。研究表明：当单激光延时反馈时，在高水平反馈条件下，随着反馈水平的进一步增加，一个激光器混沌振荡频率增强效果明显，可达到3.57倍，另一个激光器混沌振荡频率增强可达到2.86倍；对于混沌控制窗口，即在低水平反馈条件下，两激光器可被控制到单周期、双周期、三周期等。当双激光器都有光反馈时，随着反馈程度的增加，两激光器混沌振荡频率可被进一步增强且可分别达到3倍和2.58倍以上；双激光器光反馈控制混沌的一个窗口也被发现，即在弱光反馈条件下，两激光器可被控制到单周期、双周期、三周期等。对于单个激光器光反馈系统以及双激光反馈系统从单周期模式锁定到类周期再进入混沌增频的发展路径等也给出了详细阐述。
激光器 混沌 控制 频率增强 空间耦合半导体激光器 光反馈
南京晓庄学院物理与电子工程学院， 江苏 南京 211171
研究了半导体激光器混沌耦合同步及其在光学逻辑门的应用。利用两个混沌半导体激光器的耦合，构建了基本全光及组合光电逻辑门的理论模型及计算原理。一是利用光的外部调制方法进行两相互耦合激光的调制，控制激光混沌同步或者非同步，实现全光逻辑门的功能与计算；二是既进行外部光调制，也进行激光器的电流调制，在光和电流同时联合调制控制下，使系统出现混沌同步或者非同步，实现组合光电逻辑门的功能与计算。具体提出了全光XNOR、NOR、NOT、组合光电NOR逻辑门及逻辑计算方法，数值模拟结果证明了系统方案的可行性。
光计算 混沌 逻辑门 半导体激光器 同步 光学学报
2011, 31(s1): s100412
Author Affiliations
Abstract
Department of Physics and Electronic Engineering, Nanjing Xiaozhuang University, Nanjing 211171, China
The theoretical construction of the fundamental ￡ NOR gate using two injection semiconductor laser diodes due to mutual coupling is presented. Two laser diodes that are commonly driven by a monochromatic light beam result in chaos; however, chaotic synchronization between the two lasers may be achieved by coupling them. The all-optical logic gate is finally implemented by synchronizing or un-synchronizing appropriately the two chaotic states under a phase modulator (PM) control. Numerical results validate the feasibility of the method.
混沌 逻辑门 半导体激光器 相位调制器 140.1540 Chaos 140.3325 Laser coupling 200.0200 Optics in computing Chinese Optics Letters
2010, 8(12): 1147
南京晓庄学院物理与电子工程学院, 江苏 南京 210017
研究外部光注入半导体激光器的非线性物理特性, 用小信号分析方法分析了激光器的动力学行为。分析了外部光注入对半导体激光器的激光非线性频率啁啾影响, 给出了最大静态锁模公式, 理论上指出, 有外部光注入半导体激光器激光频率啁啾不再是传统意义上独立的半导体激光器线性啁啾, 它和外部注入光以及激光器所处的物理状态有着非常强烈的非线性关系, 并随着注入指数的增加而增强, 同时, 频差以及激光器光线宽增强因子也将起到一定的非线性影响作用。还给出了频差、最大锁模区域、激光分岔条件以及分岔的周期公式。详细地数值模拟了激光随外部光注入频差和注入参数变化所产生的由分岔进入混沌的动力学行为, 并数值分析了周期、三周期、多周期、混沌、充分发展混沌过程以及它们的旋转涡旋吸引子、频率、频谱、波形变化, 分别算出了最大李雅普诺夫(Lyapunov)指数、静态最大锁模区域和分岔周期, 数值给出激光随频率差变化分岔图, 逐步认清了该激光系统不稳定动力学行为以及频谱特点。
激光光学 混沌 分岔 周期
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。
物理光学 激光混沌 控制 偏振
南京晓庄学院物理与电子工程学院，江苏 南京 210017
把混沌理论应用到电子对抗中，提出混沌信号干扰攻击敌方通信系统以及混沌光攻击光纤通信系统思想方法，提出混沌屏蔽攻击方法和混沌相位攻击方法。混沌屏蔽攻击的物理机制是：强混沌信号可以直接屏蔽信息信号，小混沌信号可通过态叠加原理扰乱信息信号且能增加误码率；混沌相位攻击物理机制是：主要是通过交差相位调制把混沌信号变化特点叠加在信息信号相位上去干扰信息信号。最后数值模拟了对速率2．5Gbit／s、5Gbit／s以及25Gbit／s的波长1．31光纤通信系统的混沌攻击，其攻击效果确实增加了通信系统的解调难度。
光通信 攻击 混沌 光纤 屏蔽 相位 optical communication attack chaos optical fiber mask phase
