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为了分析掺铒光纤激光器的非线性动力学特性,扩大产生混沌的参数范围,实验研究了采用2个正弦信号驱动的损耗调制型掺铒光纤环形激光器。该激光器在不同的调制参数条件下可产生锁频与混沌现象;随调制电压的增加,在锁频处通过倍周期分岔进入混沌;在非锁频处通过准周期进入混沌。实验发现频率比不同时由准周期转变为混沌所需调制电压不同,频率比等于黄金分割数时所需调制电压最低。在频率比保持不变时,该激光器可在不同调制电压比时产生混沌。结果表明:该激光器具有复杂的非线性动力学行为和更大的混沌参数空间。
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ISSN
1000-0054
清华大学学报(自然科学版)
2009
年第
49
卷第
10
期
13/39
1626-1631
CN
1l
-2223/N
J
Tsinghua
Univ (Sci &
Tech)
,
2009
,
Vo
l.
49
,
No.
10
双频损就调制型掺饵光纤环形激光器中的锁频与
j
昆沌
刘越,张巍,冯雪,如
H
、明
(清华大学电子工程系,北京
100084)
摘
要:为了分析掺饵光纤激光器的非线性动力学特性,扩
大产生混沌的参数范围,实验研究了采用
2
个正弦信号驱动
的损耗调制型掺饵光纤环形激光器。该激光器在不同的调制
参数条件下可产生锁频与混沌现象;随调制电压的增加,在
锁频处通过倍周期分岔进入混沌;在非锁频处通过准周期
进入混沌。实验发现频率比不同时由准周期转变为混沌所需
调制电压不同,频率比等于黄金分割数时所需调制电压最
低
o
在频率比保持不变时,该激光器可在不同调制电压比时
产生混沌。结果表明:该激光器具有复杂的非线性动力学行
为和更大的混沌参数空间。
关键词:掺饵光纤环形激光器;混沌;准周期;锁频;倍周
期分岔;调制
中图分类号:
TN
241;
0
415.5
文献标识码
A
文章编号:
1000-0054(2009)10-1626-06
Frequency
locking
and
chaos
in
erbium-doped
fiber-ring
lasers
with
dual-frequency
loss
modulation
Ll
U Ylie ,
ZHANG
Wei , FENG Xue , LlU Xiaoming
(Department
of
Electronic
Engineering
,
Tsinghua
University
,
Beijing
100084,
China)
Abstract:
Loss-modulated
erbium-doped fiber-ring lasers
with
dual
driving sine signals are experimentally investigated
to
analyze
the
nonlinear
dy
口
amic
characte
口
stics
of
the
erbium-doped lasers and
enlarge
the
parameter
range
for chaos generation.
Frequency
locking
and
chaos were observed in
these
lasers
at
the
different conditions of
the
modulation
parameters.
As
the
modulation voltage increased ,
the
routes
to chaos via period-doubling bifurcation were
demonstrated
in
the
frequency-locked regions and via
quasiperiodicity in
the
unlocked regions.
The
modulation voltages
for chaos
generation
were found to
change
with
the
frequency
ratio
with
the
lowest
voltage
at
the
frequency
ratio
equal to
the
gold
mean. Chaos occurs
at
different values
of
the
modulation voltage
ratio
when
the
frequency ratio is fixed
at
certain
values.
The
results
show
that
the
lasers have complex
口
onlinear
dynamics and a
larger
modulation
parameter
space.
Key
words:
erbium-doped
fiber-ring
laser;
chaos;
quasiperiodicity;
frequency
locking;
period-doubling
bifurcation;
modulation
耗散物理系统中的有序与混沌现象是非线性科
学研究中备受关注的课题之一[叫。激光器是一类典
型的耗散系统,在外加驱动下可以产生丰富的非线
性动力学行为,
20
多年来一直是非线性科学研究
中的重要内容
[3-4J
。近年来,激光?昆沌保密通信的应
用引起了人们的关注,大大推动了激光器?昆沌行为
的研究。其中,掺饵光纤激光器
(EDFL)
因具有较高
增益且工作波长位于光纤的低损耗窗口而备受重
视。损耗调制是
EDFL
引入新的自由度,实现混沌
输出的重要手段。其中,损耗调制型掺饵光纤环形激
光器
(EDFR
L)被广泛用于
1
昆沌动力学行为和
1
昆沌
同步的研究
[5-8J
可望用于激光?昆吨保密通信。
目前研究的损耗调制型
EDFRL
通常采用对腔
损耗的单一正弦调制引入一个自由度,实验上已经
观察到此类激光器可以通过倍周期分岔和阵发途径
进入海沌,并且实现了?昆沌同步。但是只引入一个自
由度的激光系统所产生的棍沌与理想的随机序列还
有比较大的差距,且产生?昆沌的参数范围较为有限。
增加新的自由度可以使损耗调制型
EDFRL
产
生更为丰富的非线性动力学行为,扩大产生混沌的
参数空间。增加自由度的典型方式就是增加新的调
制频率,本文实验研究了双频损耗调制型
EDFRL
的非线性动力学行为,观察到该激光器产生的锁频
现象,发现该激光器存在倍周期分岔和准周期这
2
种进入混陆的途径,并且通过实验表明该激光器作
为混沌信号发生器具有更大的参数空间
o
1
实验装置
双频损耗调制型
EDFRL
的实验装置结构图如
图
l
所示,这是一个典型的
Q
调制激光器。图
1
中
的掺饵光纤放大器
(EDFA)
模块包含一段
25m
长
收稿日期
2008-10-07
作者简介:刘越
0980-)
,男(汉)
,北京,博士研究生。
通讯联系人:张巍,副教授,
E-mail:
zwei@mail.
tsi
吨
hua.
edu. cn
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