High-Speed Time Series Prediction with a GHz-rate Photonic Spiking Neural Network built with a single VCSEL
本研究提出基于单个VCSEL的GHz速率光子脉冲神经网络，结合网络记忆诱导技术，仅用两个时间分离输入即可实现混沌时间序列多步超前预测，为高速神经形态计算硬件提供新方案。
2024-12-12 physics.comp-ph physics.optics
Chaos-preserving reduction of the spin-flip model for VCSELs: failure of the adiabatic elimination of the spin-population difference
在研究垂直腔面发射激光器的动力学及其偏振特性时，自旋翻转模型似乎是定性再现实验观察到的所有动力学特征的最简单模型。尽管如此，由于自旋弛豫过程的快速时间尺度，自旋-布居差异的具体作用和重要性-这是自旋翻转模型的具体特征之一-一直受到质疑。事实上，关于自旋粒子数绝热消除可能性的争论仍然是完全公开的。在本文中，我们的目标是通过证明这个变量对于保留自旋翻转模型预测的最复杂的动力学特征（如偏振混沌）至关重要，从而为这个问题带来新的曙光，因此需要保守。为此，我们首先进行了详细的分析，重点是混沌动力学，以确定自旋翻转模型的最小嵌入维数。由于后者证实可以设想模型的简化，因此我们考虑绝热消除自旋-布居数差异，以突出和解释其未能再现原始模型中获得的基本动力学特征。
2019-05-28 nlin.CD physics.optics
Study on differences between high contrast grating reflectors for TM and TE polarizations and their impact on VCSEL designs
该研究通过理论分析TM与TE偏振宽带HCG反射镜的参数差异及物理根源，阐明TM HCG可缩短VCSEL有效腔长的优势，为相关器件设计提供指导。
2015-05-30 physics.optics
Programmable ultra-broadband photonic chaos platform enabled by microwave-chaos-driven electro-optic frequency combs
State Key Laboratory of Optical Field Manipulation Science and Technology, Institute of Optics and Electronics, Chinese Academy of Sciences（中国科学院光电技术研究所光场操控科学与技术重点实验室）；Research Center on Vector Optical Fields, Institute of Optics and Electronics, Chinese Academy of Sciences（中国科学院光电技术研究所矢量光学场研究中心）；Tianfu Xinglong Lake Laboratory（天府兴隆湖实验室）；College of Materials Science and Opto-Electronic Technology, University of Chinese Academy of Sciences（中国科学院大学材料科学与光电技术学院）
通过微波混沌驱动电光频率梳，实现可编程超宽带光子混沌平台，展示高带宽光子混沌和高效决策应用。
2026-01-04 nlin.CD physics.optics
Time-delay signature concealed broadband gain-coupled chaotic laser with fiber random grating induced distributed feedback
采用光纤随机光栅诱导分布反馈扰动混沌半导体激光器，将连续激光注入混沌半导体激光器，形成增益耦合混沌激光器系统，获得了功率谱平坦的宽带混沌激光器，最高功率谱可达8.5GHz。通过主激光器和从激光器之间的适当频率失谐，实现了超过三倍的带宽增强。与普通的混沌激光器不同，这种宽带混沌激光器的输出不含时延特征，可以用于实际的实时随机数产生，在信息安全和计算系统等领域有着广泛的应用前景。
2018-07-27 physics.optics
Extreme events in a broad-area semiconductor laser with coherent injection
时空极端事件是一种有趣的现象，无论是从基本的角度来看，作为动力系统复杂性的表现，还是它们在不同研究领域的可能应用。在这里，我们提出了一些最近的结果，在空间扩展的半导体激光器系统（宽面积VCSEL）与相干注入的极端事件。我们研究的时空强度峰值发生在垂直于光传播方向的字段的横向（x，y）部分的统计，并确定在参数空间中的极端事件更可能发生的区域。寻找这些现象的前兆，我们集中精力，一方面，在时空动力学的领域阶段，特别是在极端事件附近的光学涡旋的存在。另一方面，我们专注于激光增益动力学和系统的相空间轨迹接近极端事件的发生。这两种互补的方法都是成功的，并使我们能够揭示一些潜在的预测策略。
2021-10-19 physics.optics
Regularization of Vertical-Cavity Surface-Emitting Lasers emission by periodic non-Hermitian potentials
我们提出了一种新的物理机制的基础上，周期性的非厄米势有效地控制复杂的空间动力学的宽区域激光器，特别是在垂直腔面发射激光器（VCSEL），实现稳定的最大亮度的发射。径向相移的周期性折射率和增益-损耗调制积累了整个有源层产生的光，并将其集中在结构轴周围，以发射窄而明亮的光束。这种效应是由于横向模式之间的非对称向内径向耦合，对于特定的折射率和增益损耗调制的相位差。光被限制在具有大强度的中心光束中，从而打开了设计紧凑、明亮和高效的大面积光源的路径。我们进行了全面的分析，以探索最大的中心强度增强和浓度制度。研究表明，最佳方案是那些保持单向向内耦合，但不满足完美的局部PT对称性。
2019-02-13 physics.optics
A new technique for ultra-fast physical random number generation using optical chaos
在本文中，我们数值演示了一个新的提取方案产生超快的物理随机比特序列。为此，我们利用了一个双通道的光学混沌源，其两个通道的强度和相位的时间延迟（TD）签名的抑制。所提出的技术使用M个1位模数转换器（ADC）来比较混沌强度信号在时间t处的电平与其在不可忽略的延迟间隔Tm之后的电平，其中m = {1，2，.，M}。然后，每个1位ADC的二进制输出由一个正边沿触发的D触发器采样。施加到触发器的时钟序列被相对延迟，使得触发m个触发器的时钟的上升沿先于随后的m+1个触发器的时钟的上升沿固定的周期。所有触发器的输出然后通过奇偶校验逻辑组合。数值模拟进行使用的TD签名被抑制的设置参数的选定值的参数值。将NIST的特别出版物800-22中的15个统计测试应用于生成的随机位，以便检查这些位对于不同M值的随机性质量。结果表明，在采样率高达34.5GHz时，从M = 1到M = 39的所有测试都通过了，这表明在不采用任何预处理技术的情况下，使用单个VCSEL混沌源产生的随机比特的最大速率为2.691Tb/sec。
2016-03-07 physics.optics quant-ph
Highly-complex optical signal generation using electro-optical systems with non-linear, non-invertible transmission functions
我们提出了一个方案，其中一个静态的非线性，不可逆的传输函数进行的电光马赫-曾德尔调制器产生高度复杂的光学混沌。该方案允许低维带限混沌信号的确定性变换到更高维的宽带谱结构，而不使用任何延迟元件或反馈。标准的基准测试表明，所有考虑的复杂性指数大大增加，由于这种转换在一个控制的方式。这种机制允许设计具有极其复杂的混沌输出的简单光电延迟振荡器。
2012-08-06 nlin.CD physics.optics
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
Deterministic single soliton generation and compression in microring resonators avoiding the chaotic region
为了在反常色散区的SiN微腔中获得确定性的单腔孤子，给出了失谐量和泵浦功率参数空间内的路径。一旦达到单一CS状态，就有可能继续压缩它，拓宽相应的单一自由光谱范围（FSR）克尔频率梳。实现这一目标的第一步是通过数值模拟Lugiato-Lefever方程（LLE）来确定参数空间中的稳定区域。随后，利用这个识别，我们定义了一条从稳定调制不稳定（SMI）区域到稳定腔孤子（SCS）区域的路径，避免了混沌和不稳定区域。
2015-05-19 physics.optics
Chaos-assisted, broadband trapping of light in optical resonators
混沌是一种在当代科学的许多方面都存在的现象。在经典动力学中，混沌被定义为对初始条件的超敏反应。混沌的存在通常是不必要的，因为它引入了不可预测性，这使得难以预测或解释实验结果。相反，我们在这里演示如何混沌可以用来提高光学谐振腔的存储能量的能力。我们将解析理论与从头算模拟和实验相结合，在光子晶体谐振器中显示，混沌谐振器可以存储6倍以上的能量比其经典的对应相同体积。我们解释了观察到的增加与能量均分之间的所有自由度的混沌谐振器，即腔模式，这是显而易见的，从他们的寿命收敛到一个单一的值。一个令人信服的说明的理论是通过展示变形的聚苯乙烯微球的吸收增强。
2012-09-24 physics.optics
Intermittent chaos in an optomechanical resonator
本文首次实验证明光机械诱导的间歇混沌，揭示其作为有利噪声可增强非线性超声检测响应，拓展混沌在高精度传感与信息处理中的应用。
2025-09-11 nlin.CD physics.optics quant-ph
Bistable random momentum transfer in a linear on-chip resonator
本研究通过在多模微环谐振器波导表面制备硅纳米晶构建混沌态，利用混沌模式与WGMs的耦合实现线性时间分岔，制备出可实时转换时钟信号为二进制输出的高对比度全无源片上器件。
2025-06-13 physics.optics
Dynamics of a broad-band Quantum Cascade Laser. From chaos to coherent dynamics and mode-locking
在基于有效半导体Maxwell-Bloch方程的模型中研究了多模量子级联激光器的动力学，包括辐射-介质相互作用的关键特征，如非对称性、频率依赖性、增益和折射率以及由亨利因子提供的相位-振幅耦合。通过考虑自由光谱范围和亨利因子的作用，我们开发了适合于识别允许不稳定的条件的标准，接近阈值，由激光器发射的行波，并导致混沌或规则的多模动力学。在后一种情况下，我们的模拟表明，场振荡与沿激光腔，桥接锁模和孤波传播的自约束结构。此外，我们展示了如何RF调制的偏置电流导致主动锁模产生高对比度，皮秒脉冲。我们的结果与最近的宽带THz准分子激光器实验结果进行了比较，有助于理解中红外和THz波段超短脉冲产生和梳状操作的条件
2017-10-20 physics.optics
