Bifurcations and Averages in the Homoclinic Chaos of a Laser with a Saturable Absorber
采用3-2能级模型,计算了具有可饱和吸收体的激光器的动力学分岔随增益参数的变化。激光器的平均功率在分叉处具有特定的行为。数值研究了同宿混沌中的连续混沌窗口。发现从混沌到周期脉动的切向分岔的临界指数为1/2。
2003-03-21 nlin.CD
Dithered Time Delays and Chaos Synchronization in Lasers with Multiple Feedbacks
通过对多时滞激光系统的研究,证明了对于可变时滞系统,自相关系数和互信息中的时滞特征可以被消除。这种性质使得这种激光系统非常适合于基于混沌的安全通信系统。首次报道了单向和双向耦合可变多延时激光二极管的电光反馈混沌同步。
2010-03-04 nlin.AO nlin.CD
Deterministic polarization chaos from a laser diode
在激光二极管发明50年后,蝴蝶效应--即确定性混沌的不可预测性--被报道40年后,人们说激光二极管的行为就像一个阻尼非线性振荡器。因此,没有混沌可以产生,除非有额外的强迫或参数调制。在这里,我们报告的第一个反例的自由运行的激光二极管产生混乱。其物理基础是垂直腔面发射激光器中两个椭圆偏振模之间的非线性耦合。我们确定在实验时间序列中的混沌,并从理论上表明分叉导致单涡卷和双涡卷吸引子的特点类似于洛伦兹混沌。报告的偏振混沌乍一看类似于噪声驱动的模式跳跃,但显示出相反的统计特性。我们的研究结果开辟了新的研究领域,结合高速性能的微腔激光器的可控和集成的光学混沌源。
2014-07-22 nlin.CD physics.optics
Physics and Applications of Laser Diode Chaos
综述了激光二极管中的混沌现象,综述了该领域的实验成果,并解释了这一现象背后的理论。这种行为的基础物理和利用激光二极管混沌的潜在应用的机会进行了讨论。激光二极管的可用性和易于操作,在广泛的配置,使他们成为一个方便的测试平台,探索非线性和混沌动力学的基本方面。这也使它们在实际任务中具有吸引力,例如基于混沌的安全通信和随机数生成。混沌激光二极管的未来研究和发展的途径也确定。
2015-07-31 nlin.CD physics.optics physics.pop-ph
Chaotic Free-Space Laser Communication over Turbulent Channel
实验研究了在$\sim$ 5 km自由空间激光链路上稳定传输信息的自同步混沌通信系统中大气湍流引起的误差动力学。二进制信息的传输使用混沌序列的短期脉冲作为载体。信息信号根据信息比特稍微移动每个脉冲的混沌时间位置。我们报告的结果的实验分析的大气湍流的信道和湍流的比特错误率(BER)性能的这种混沌通信系统。
2002-11-13 nlin.CD
Chaos synchronization in networks of delay-coupled lasers: Role of the coupling phases
本文导出了全光耦合激光同步的严格条件。特别是,我们阐明的光学耦合阶段的同步性的作用,通过系统地讨论所有可能的网络图案包含两个激光器延迟耦合和反馈。在此,我们解释以前的实验结果。此外,我们研究了更大的网络,并阐述了混沌同步的最佳条件。我们表明,激光器之间的相对相位可以用来优化有效的耦合矩阵。
2012-03-05 nlin.CD
Physical random bit generation from chaotic solitary laser diode
我们证明了在高比特率(> 100 Gb/s)的随机比特的物理生成使用从一个孤立的激光二极管的光学混沌,因此没有复杂的添加外部光反馈或注入。尽管激光混沌的低维度和相对小的带宽,即迄今为止被认为是限制基于光学混沌的应用的性能的两个特性,仍然获得了这个惊人的结果。我们毫不含糊地归因于成功的随机性在高速的激光混沌偏振动力学的物理和由此产生的增长率的动力学熵。
2014-06-11 nlin.CD physics.optics
High degree of chaos synchronization in pairs of transverse modes with parity-symmetric polarizations in a thin-slice solid-state vector laser and application to polarimetric secure self-mixing metrology
在激光二极管泵浦的薄片c切Nd:GdVO_4激光器中,发现了奇偶对称偏振横模对之间的高度混沌同步。振幅相关系数大于R > 0.994是由于模式模式中的非反转镜偏振相关结构变化,其中整个系统的混沌动力学由依赖于偏振交叉角的定性不同动力学组成,类似于混沌单模激光。实现了无穷多个奇偶对称偏振态中单对模的自组织发送接收型混沌同步,并对自混合固体激光器多普勒测速信号进行了混沌同步和混沌提取实验。
2020-10-09 nlin.CD physics.optics
Optical chaos synchronisation in a cascaded injection experiment
该研究在半导体激光器级联光注入系统中实验实现高带宽混沌同步,揭示了两个分别对应接收机与发射机或主激光器频率对齐的良好同步参数区。
2024-05-07 nlin.CD physics.optics
Chaos in free electron laser oscillators
研究了储存环自由电子激光(FEL)的混沌特性。低嵌入维的动力学的推导允许低维的这个复杂系统被观察到,而它的不可预测性证明,在某些范围内的参数,由一个积极的Lyapounov指数。然后,通过调整一个单一的控制参数,探索了通往混沌的途径,并证明了倍周期级联,以及磁阻。
2009-09-04 nlin.CD
Strong and Weak Chaos in Networks of Semiconductor Lasers with Time-delayed Couplings
具有时滞耦合的非线性网络可以表现出强混沌和弱混沌,这取决于其李雅普诺夫指数随时滞的变化。本文研究了半导体激光器的强混沌和弱混沌,包括时滞自反馈和小网络。我们研究了对泵浦电流的依赖性,并考虑了强混沌和弱混沌是否可以从强度迹线的形状、自相关性和外腔模式中识别的问题。将亚李雅普诺夫指数$λ_0$的概念推广到两个时标分离时滞系统的情形。我们给出了第一个实验证据的强和弱混沌网络的激光器,支持序列“弱到强到弱混沌”后,单调增加的耦合强度。最后,我们讨论了具有不同次李雅普诺夫指数的网络的强混沌和弱混沌,并讨论了次李雅普诺夫指数对网络中激光器输入数目的依赖性。
2012-10-05 nlin.CD
Deterministic chaos in an ytterbium-doped mode-locked fiber laser
实验研究了飞秒掺镱光纤锁模激光器的非线性动力学特性。随着激光器工作在脉冲制度的路线,混沌,从稳定的锁模,周期2,周期4,混沌和周期3制度。返回地图和分叉图提取的时间序列为每个政权。分析的时间序列与准锁模制度的激光器工作提出了确定性的混沌描述的一维Rossler映射。正的李雅普诺夫指数$λ= 0.14$证实了系统的确定性混沌。我们提出了一个解释有关的增益饱和和腔内损耗的观察到的地图。
2018-05-14 nlin.CD physics.optics
Chaotic Billiard Lasers
Waseda University(早稻田大学)
本文探讨了混沌弹奏激光器在量子混沌研究中的作用,通过理论与实验结合,揭示了混沌轨道如何促进倏逝模式与远场发射的耦合,并分析了增益介质对量子混沌结果的影响。
2026-10-14 nlin.CD quant-ph
Permanent and Transient Synchronized Chaos in Large Arrays of Complex-Coupled Semiconductor Lasers
University of Michigan(密歇根大学)
研究揭示了在包含多达11个激光器的复杂耦合阵列中,同步混沌现象可持续存在,并发现暂态同步混沌的寿命遵循双指数分布。
2026-05-01 nlin.CD physics.optics
Chaotic scattering of atoms at a standing laser wave
通过失谐激光驻波传播的原子,即使没有自发发射和激光场的任何调制,也可以以混沌的方式散射。自发发射在一定程度上掩盖了这种效应,但蒙特卡罗模拟表明,通过吸收成像方法或在衬底上沉积原子,可以在实际实验中观察到自发辐射。混沌散射的效果被解释为一个特定的行为的原子的偶极矩穿过场节点,并强烈依赖于原子激光失谐的值。
2012-05-20 nlin.CD physics.atom-ph quant-ph
Route to Chaos in the $^{15}NH_{3}$ far infrared ring laser
本文用瞬态方法研究了类洛伦兹氨激光器随抽运功率的增加而进入混沌的途径,并与洛伦兹-哈肯方程所预期的途径进行了比较。在每个系统中经历的分叉方面描述了通向混沌的路线之间的差异,正如通常由实验系统和Lorenz Haken方程所显示的那样。它还表明,实验系统具有一个小参数的制度,其中的路线是相同的,在洛伦兹哈肯方程的混沌。
1997-08-21 chao-dyn nlin.CD
Minimal universal model for chaos in laser with feedback
我们重新审视了具有反馈的激光器模型和导致混沌的最小非线性。虽然该模型起源于激光物理学,具有与CO2激光器相关的特性,但它属于一类给出混沌的三维范例非线性振荡器模型。所提出的模型包含三个关键的非线性,其中两个是xy类型,其中x和y是快变量和慢变量。第三个是xz^2类型,其中z是中间反馈变量。我们分析表明,它是必不可少的,通过本地或全球的同宿分岔产生混沌。它在千赫区域范围内的电子实现证实了它在描述不同时间尺度上演化的现象方面的潜力。
2020-09-25 nlin.AO nlin.CD physics.optics
Noise induced stabilization of chaotic free-running laser diode
本文从理论上研究了具有偏振混沌动力学特性的自由运转垂直腔面发射激光器的稳定性。我们报告存在一个边界隔离的混沌吸引子的一侧和一个稳定的状态的另一侧,并确定不稳定的周期轨道起分界线的作用。此外,我们强调了一个小范围的参数,其中混沌吸引子通过这个边界,因此,混沌只出现作为一个瞬态行为。然后,包括激光器中的自发发射噪声的影响,我们证明,对于现实水平的噪声,系统被系统地推过分离解决方案。因此,我们表明,混沌动力学不能持续,除非在分界线的另一边的稳定状态变得不稳定。最后,我们将这种稳定状态的稳定性与激光腔中的双折射的小值联系起来,并讨论了这一结果对未来实验工作的意义。
2016-05-12 nlin.CD physics.optics
The statistics of chaos in a bursting laser
我们实验证明了如何半导体激光器受到双光反馈改变其混沌尖峰动力学的统计数据从高斯到长尾幂律分布与突发的紧急情况。这些混沌区域是可激发复杂系统的特征,通过尾部指数$α$量化,并通过改变反馈时间之间的比率来出现。突变发生在低阶Farey分数附近。这些转变背后的物理是有关的阈值泵电流的变化在复合系统中获得从一组确定性的速率方程。数值积分也验证了观测到的混沌转变,表明控制突发混沌统计的可能性。
2019-02-07 nlin.CD physics.optics
Analysis of temporal structure of laser chaos by Allan variance
Allan方差已被广泛用于评价由原子钟和激光产生的时间序列的稳定性,其时间范围从短到极长。Allan方差的这种多尺度检验能力在评估半导体激光器的混沌振荡动力学中也可能是有益的,而不仅仅是用于常规的相稳定性分析目的。在这里,我们演示了Allan方差分析的复杂的时间序列所产生的半导体激光器与延迟反馈,包括低频波动(LFF),表现出快速和缓慢的动态。而LFFs的检测是不容易的,在低频制度的传统功率谱分析方法,我们表明,艾伦方差的方法清楚地捕捉到了多个时间尺度的动态,像LFFs的外观。这项研究表明,Allan方差可以帮助理解和表征多功能激光动力学,包括LFF,其中涉及跨越广泛的时间尺度的动力学。
2023-01-05 nlin.CD physics.app-ph physics.data-an
Dynamic channel selection in wireless communications via a multi-armed bandit algorithm using laser chaos time series
动态信道选择是动态变化的电磁环境中最重要的无线通信元素之一,其中用户可以通过选择更好的信道来体验改进的通信质量。多臂强盗(MAB)算法是一种很有前途的方法,它解决了探索搜索更好的信道和开发体验增强的通信质量之间的困难权衡。利用半导体激光器产生的混沌振荡时间序列实现了MAB问题的超快求解。在这项研究中,我们实验证明了MAB算法,将激光混沌时间序列在无线局域网(WLAN)。在一个基于IEEE802.11a的四信道无线局域网中,成功地实现了自主和自适应的动态信道选择。虽然激光混沌时间序列安排在WLAN实验之前,结果证实了超快混沌序列在实际无线应用中的有用性。此外,我们数值研究的下划线适应机制的显着简化的MAB算法在本研究中实施相比,以前报道的基于混沌的决策者。这项研究为超快混沌激光器在未来高性能无线通信网络中的应用迈出了第一步。
2020-02-02 cs.SI eess.SP nlin.CD
Spatiotemporal chaos induces extreme events in an extended microcavity laser
光学和流体中的异常波等极端事件往往与相干结构的合并动力学有关。本文给出了具有可饱和吸收体的空间扩展半导体微腔激光器中极端事件出现的物理现象的实验和数值结果。该系统可以显示确定性的不规则动力学,仅由于通过光的光的衍射的空间耦合。我们已经确定了参数区域的极端事件遇到,并建立了这种动力学的起源,在确定性时空混沌的出现,通过极端事件的比例和奇异吸引子的尺寸之间的对应关系。
2015-12-18 nlin.CD
Machine learning algorithms for predicting the amplitude of chaotic laser pulses
通过分析混沌系统的输出信号来预测混沌系统的动态特性是一个具有挑战性的问题,在现代科学的大多数领域都有应用。在这项工作中,我们使用激光模型来比较几种机器学习算法的性能,以预测即将发射的混沌脉冲的幅度。我们模拟了光注入半导体激光器的动力学,当改变参数时呈现出丰富多样的动力学机制。我们专注于一个特定的动力学制度,可以显示超高强度的脉冲,让人想起流氓波。我们比较了机器学习中几种流行方法的预测效果,即深度学习,支持向量机,最近邻和水库计算。最后,我们分析了它们预测下一个光脉冲高度的性能如何取决于噪声量和用于训练的时间序列的长度。
2019-11-12 nlin.CD
Evaluating entropy rate of laser chaos and shot noise
从模拟原始信号中提取高维混沌和散粒噪声的熵率是信息安全领域的一个重要问题。我们实验提出了一个准确的评估熵率的物理过程的随机性。利用平均排列熵值在记忆时间内的增长率,对光反馈激光混沌的熵产生和散粒噪声的物理随机性极限进行了定量和明确的判别。从实验和理论上研究了具有不同嵌入延迟时间的滤波激光混沌的排列熵差。高分辨率地图的熵差观察到的范围内的注入反馈参数空间。我们还澄清了在很宽的参数范围内的熵率和激光混沌的时间延迟签名之间的反比关系。与原始混沌相比,通过频带提取器,延迟信号被抑制了95%以上,最小值为0.015,实验结果与理论相符。我们的系统提供了一个值得称道的熵评估和物理随机数生成的来源。
2019-09-23 nlin.CD physics.optics quant-ph
Homoclinic puzzles and chaos in a nonlinear laser model
我们提出了一个案例研究,阐述了同宿和异宿分岔结构的多重性和自相似性的二维和三维参数空间的非线性激光模型与洛伦兹混沌吸引子。在一个共生的方法相结合的传统的参数延续方法,使用MatCont和一个新开发的技术称为确定性混沌勘探(DCP),利用符号动力学的快速并行计算硬件与图形处理单元(GPU),我们展示了如何特定的余维二分叉起源和模式区域的混沌和简单的动力学在这个经典的模型。我们显示了详细的计算重建的关键分歧结构,如Bykov T点螺旋和倾斜翻转在二维参数空间,以及空间组织和三维嵌入的分歧表面,参数鞍,和孤立的封闭曲线(isolas)。
2020-05-25 nlin.CD nlin.PS
Correlations in Electrically Coupled Chaotic Lasers
我们展示了如何两个电耦合的半导体激光器具有光反馈可以同时呈现反相相关的快速功率波动,和强的同步尖峰的混沌功率下降。实验证明了这种非常违反直觉的现象,并通过速率方程的确定性动力学系统的数值解证实了这一点。正如我们简单的安排所证明的那样,复杂系统各部分之间根据时间尺度发生的负相关和正相关,与复杂网络中集体性质的理解和表征有关。
2016-07-20 nlin.CD physics.optics
Laser-induced quantum chaos in 1-D crystals
本文研究了在空间均匀激光场作用下一维周期势模型的电子能带结构。能带的统计特性取决于晶体和激光场之间的耦合,随着耦合的增加,从泊松到维格纳-戴森(GOE)再回到泊松。我们认为,这个系统的经典动力学类似于周期性驱动的钟摆。我们发现,混沌政权不仅限于高的谎言带,因此应该更容易获得光学实验。
1996-02-12 chao-dyn cond-mat nlin.CD
Universal single-mode lasing in fully chaotic two-dimensional microcavity lasers under continuous-wave operation with large pumping power
对于完全混沌的二维微腔激光器,在腔尺寸远大于波长和外部泵浦功率足够大的假设下,提出了一种既保证稳定单模激射态存在又保证稳定多模激射态不存在的理论.理论上表明,这些普遍的光谱特性产生于两种不同类型的非线性的协同效应:腔形状的变形和模式的相互作用,由于激光介质。我们的理论是基于麦克斯韦-布洛赫方程的定态的线性稳定性分析,并占单模激光现象中观察到的实际和数值实验的完全混乱的二维微腔激光器。
2017-12-16 nlin.CD physics.optics
Matter-wave chaos with a cold atom in a standing-wave laser field
将冷原子在驻波场中的相干运动解释为在两个光学势场中的传播。结果表明,波包动力学可以是规则的或混乱的过渡后,这些潜在的通过场节点。德布罗意波混沌的表现在动量和位置概率的行为和维格纳函数。这些转变的概率取决于平方失谐的多普勒频移的比率,并在该范围内的经典运动被证明是混沌的参数是大的。
2012-01-01 nlin.CD physics.atom-ph quant-ph
Routes to chaos in a class-B laser coupled to a neutral resonator
研究了B类半导体微环激光器与中性微环谐振腔耦合的动力学,发现由泵浦速率和耦合强度控制的五个动力学区域,揭示了稳定激射与混沌之间的交叉转变。
2022-04-22 nlin.CD physics.optics
Chaos-assisted directional light emission from microcavity lasers
通过引入适当设计的变形盘腔,研究了动态隧穿效应对射线混沌微腔辐射的影响。我们重点研究了它的高品质因数模,这些模强烈地局限于由全内反射限制的稳定的周期性光线轨道。结果表明,占主导地位的发射起源于隧道从周期性的射线轨道的混沌的,后者最终逃离腔折射,导致定向发射,这是意想不到的周期性轨道的几何形状,但充分解释了不稳定流形的混沌射线动力学。实验进行选择性激发这些模式,我们成功地观察到的方向性发射与理论预测。这提供了决定性的实验证据的动态隧穿的光线混沌微腔。
2010-04-22 nlin.CD physics.optics
Chaotic time-delay signature suppression using quantum noise
为了保证基于混沌的保密通信的安全性,需要对具有外光反馈的半导体激光器的时延特征进行抑制。在这里,我们数值和实验证明了一种技术,有效地抑制混沌激光器的TDS使用量子噪声。在反馈延迟时间,TDS和动态复杂度量化的自相关函数和归一化排列熵,分别。利用平衡零差测量法制备了真空态正交涨落的量子噪声。数值和实验研究了量子噪声的强度和带宽对混沌TDS抑制和复杂性增强的影响。与原始动力学相比,这种量子噪声改进的混沌的TDS被抑制高达94%,量子噪声与混沌激光的带宽抑制比为1:25。实验与理论完全一致。改进后的混沌激光器在混沌随机数产生和保密通信中具有潜在的应用价值。
2021-06-04 nlin.CD physics.optics quant-ph
Spontaneous Chaotic Microlasers for Random Number Generation
混沌半导体激光器由于其相对于由计算过程产生的伪随机数具有不可预测性的优点而被广泛研究,特别是对于具有外部光反馈的激光器。本文报道了第一个由近简并模相互作用产生的自发混沌微激光。设计并实现了具有可调模式间隔的圆边六边形微激光器,其基模和一阶横模的模式间隔为GHz量级。四个模式,包括退化模式与强模式拍将导致混沌。从高维数为5.46的激光输出功率中获得了10 Gb/s的真随机数。这一发现为实现高速随机数产生提供了一种新的、简单的方法,为研究孤立激光器中的非线性动力学行为奠定了基础。
2020-05-19 nlin.CD physics.optics
High-Power Directional Emission from Microlasers with Chaotic Resonators
本文报道了基于变形截面光学谐振腔的高功率、高方向性半导体圆柱激光器。在远场的有利方向上,获得了比传统圆对称激光器高达三个数量级的功率增加。与圆形和弱变形激光器的“回音壁”型模式相比,“蝴蝶结”形谐振在更高的变形范围内改善了激光器的性能。这种谐振腔的设计,虽然在这里演示的中红外量子级联激光器,应该适用于任何激光器的基础上半导体或其他高折射率材料。
1998-07-15 chao-dyn cond-mat.mes-hall nlin.CD