在光学俘获和操控单原子的实验中, 激光的低频强度噪声通常会加热原子, 从而缩短其存储时间并破坏其内态相干性。我们采用了一种基于电光振幅调制器(EOAM)的单级反馈环路来抑制激光低频噪声, 实现了0～1MHz的强度噪声的有效抑制, 100 kHz以下的噪声可降低20 dB, 500 kHz以下的噪声可降低10 dB。噪声抑制的频率范围涵盖了光学偶极阱的典型参量加热频率。将该装置用于单个铯原子实验将单个原子在偶极阱中的存储时间延长两个数量级, 测量的退相干时间也增加了5倍。

提出了一种基于光电反馈产生500 GHz宽带双偏振光学频率梳的方案。该方案基于光电环路反馈1550 nm垂直腔面发射激光器,采用自旋反转模型,利用四阶龙格-库塔算法数值仿真研究了光电反馈参数对光学频率梳特性的影响。研究结果表明:通过光电反馈参数的调节可以控制1550 nm垂直腔面发射激光器输出的偏振状态,可实现Y偏振和X偏振光学频率梳的转换。此外,研究发现,在特定的光电反馈参数条件下,可获得Y偏振和X偏振同时存在的双偏振光学频率梳。并且在一定的光电反馈参数范围内,两个偏振方向的光学频率梳的光谱带宽都会随着光电反馈系数的增加而增大,相应的功率谱会随光电反馈系数的增加而变得越来越平坦。通过光电反馈系数及反馈时间的调节,获得了谱线平坦、梳线纯净、谱带超宽的光学频率梳,在10 dB幅度范围内Y偏振光学频率梳的光谱带宽可达250 GHz,X偏振光学频率梳的光谱带宽可达500 GHz。

外腔延时特征(TDS)和带宽是影响混沌激光应用的两个重要参量。将一个具有相位调制光反馈的半导体激光器输出的激光注入到另一个具有光电反馈的半导体激光器中,构成一个具有外光注入的光电反馈半导体激光器系统,即主从激光器系统,用于降低混沌激光的TDS并提高其带宽。数值研究了外光注入系数、反馈强度和抽运因子对TDS的影响,并研究了主激光器输出混沌光的TDS对从激光器输出混沌光TDS的影响。然后在TDS被有效抑制的基础上研究了系统输出混沌激光的带宽,结果表明:该方案可以有效地降低混沌激光的TDS,外光注入系数、反馈强度和抽运因子的增大都能拓宽混沌激光的带宽。

在光电振荡器(OEO)混沌系统的基础上,将混沌激光输出重新反馈到马赫-曾德尔调制器(MZM),使原系统的增益系数发生动态变化,同时在系统中引入第二个时间延迟。从理论上研究了改进后混沌系统的反馈时间和反馈强度对系统复杂性和延时特征的影响。仿真结果表明:光反馈OEO输出的混沌激光更复杂,延时特征更低。当光反馈的延时时间与光电反馈的延时时间相同时,光反馈OEO系统表现出较好的混沌动力学特性。该方法在不过多增加系统成本的前提下,可产生更复杂的混沌信号,同时可以降低信号延时特征,有利于提高通信系统的安全性。

基于激光输出的时间序列、功率谱以及相图, 对1 550 nm垂直腔表面发射激光器（1 550 nm-VCSELs）在光电负反馈作用下的动力学特性进行了研究.结果表明：固定偏置电流, 在不同反馈强度下, 光电负反馈1 550 nm-VCSEL可呈现规则脉冲态、准周期态、混沌脉冲态等非线性动力学态；固定反馈强度, 偏置电流取不同值时, 1 550 nm-VCSEL也可呈现脉冲态、准周期态、混沌脉冲态等不同的非线性动力学状态.给出了1 550 nm-VCSEL非线性动力学状态在偏置电流和反馈强度构成的参量空间分布.分析了激光器的动态演化路径, 结果表明：在较小偏置电流和弱光电反馈下, 激光器主要工作在稳态；随着偏置电流增加, 激光器输出的动力学态通常随反馈强度的增加以规则脉冲态-准周期态-规则脉冲态的方式循环演化到混沌脉冲态；当偏置电流增加到一定值后, 激光器输出的动力学态随反馈强度的增加主要以规则脉冲态-准周期态-混沌脉冲态的方式循环演化.

研究了光电反馈对1550 nm垂直腔表面发射激光器（1550 nm-VCSEL）中偏置电流沿不同路径连续变化而导致的偏振双稳特性的影响。研究结果表明：自由运行1550 nm-VCSEL的偏置电流在逐渐增加的过程中会产生Ⅰ类偏振开关（PS），而在电流逐渐减小的过程中会产生Ⅱ类PS，Ⅰ类PS和Ⅱ类PS的开关点电流具有不同的值，即自由运行1550 nm-VCSEL呈现出偏振双稳（PB）特性；引入光电正反馈后，Ⅰ类PS和Ⅱ类PS的开关点电流在不同的反馈强度下会有所改变，双稳环宽度随反馈强度的增加呈现逐渐减小的趋势；引入光电负反馈后，Ⅰ类PS和Ⅱ类PS的开关点电流随着反馈强度的增加变化比较复杂，双稳环宽度总体呈现下降的趋势，但下降过程中伴随着较大波动。

基于垂直腔面发射激光器的自旋反转模型, 研究了光电负反馈下1 550 nm正交偏振光注入垂直腔面发射激光器的非线性动力学特性.研究结果表明: 在合适的注入强度和失谐频率条件下, 自由运行工作在Y线偏振模式的1 550 nm垂直腔面发射激光器可呈现出稳态、稳定注入锁定、单周期、二倍周期、多周期、混沌等多种非线性动力学状态以及偏振转换现象;引入光电负反馈后, 1 550 nm正交偏振光注入垂直腔面发射激光器将呈现出双频准周期、三频准周期等动力学状态.在注入强度和失谐频率构成的参数空间, 反馈延时时间一定时, 反馈强度大小对该激光器的动力学状态分布有明显影响;光电反馈强度一定时, 在注入强度相对较小的区域, 反馈延时时间对该激光器动力学状态分布也有明显影响, 而对于注入强度相对较大的区域, 该激光器始终工作在单周期或稳定注入锁定态, 即反馈延时时间对激光器动态行为的影响较弱.

为了实现稳定的、可以同时同步的多点混沌通信，提出一种基于光电反馈延迟的双向混沌通信模型和多点耦合的混沌同步模型。在双向混沌通信模型中引入了时间延迟和混沌调制信息加密技术，增加了系统的安全性。数值分析了系统的同步性能、安全性能和通信性能，研究结果表明，系统能够历经很短的时间实现高质量的、稳定的同时同步，实现双向通信。并且延迟时间、信息信号功率、激光器光信号功率、相位的改变在其他参数匹配的情况下,不会降低系统的同步性能,即系统的信息信号功率、光信号功率、延迟时间、相位均可作为系统的密钥,提高系统的安全性。这种双向混沌通信模型可以拓展为符合一定拓扑结构的多点耦合混沌通信模型，并且推测随着网络中节点数的增加，系统的复杂度增加。