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含非线性介质的光学谐振腔系统斑图动力学的研究

李春萍

  光学斑图的形成和选择,光学时空混沌的控制、同步及应用是当前非线性光学领域研究的前沿课题,有着广阔的应用前景。光学斑图动力学主要包括激光器斑图动力学和含有非线性介质的光学谐振腔系统的斑图动力学。本文主要研究了第二种情况。以含有Kerr介质非线性光学谐振腔发展方程、含有二能级原子介质的非线性光学谐振腔平均场方程、含有x~2介质的光学二次谐波产生系统模型、及复金兹伯格—朗道方程和耦合映射模型等动力学系统为例,采用线性稳定性分析及数值实验方法,研究了斑图形成、斑图的选择和时空混沌的控制、时空混沌的同步及其在保密通信方面的应用等三大部分内容。第一部分介绍了混沌及光学斑图动力学的研究进展和基本理论,概述了光学斑图动力学研究已取得的成果。以含有Kerr介质的非线性光学谐振腔发展方程、研究多种动力学系统普遍适用的复金兹伯格—朗道方程为例,讨论了在受边界条件的影响下,时空动力学系统斑图形成的特点。首次讨论了前一模型系统的边界效应对斑图形成的影响,给出了详细的线性稳定性分析结果和数值实验结果,证明边界对斑图的形成具有重要的影响和选择机制。讨论了受时间和空间调制影响的光学二次谐波产生系统的斑图形成,给出了较详细的线性稳定性分析,分析结果与数值实验结果一致,得到了图灵分岔和Hopf分岔共存时的复杂的新型斑图结构。第二部分研究了斑图的选择和时空混沌的控制。以含有二能级原子介质的非线性光学谐振腔的平均场方程为例,讨论了傅立叶空间滤波技术对斑图的选择和控制。首次提出了离散随机滤波方法,得到了丰富的斑图结构,证明此法可以灵活有效地对斑图进行选择和控制。通过对注入泵浦光调制也实现了对这一系统斑图的选择。以复金兹伯格—朗道方程为例,首次提出网格滤波方法,讨论滤波技术对这一系统时空混沌的控制,对规则滤波无法得到满意控制的复金兹伯格—朗道方程中的缺陷湍流和位相湍流有效地进行了控制,得到了丰富的时空斑图结构。并采摘要用延时反馈方法实现了对复金兹伯格一朗道方程时空混沌的控制。第三部分研究了时空混沌的同步和应用。采用多种方法实现了金兹伯格一朗道方程中时空混沌的同步,包括:噪声感应同步,混沌信号驱动同步、规则信号驱动同步,替代信号驱动同步等。首次讨论了用互祸合法实现复金兹伯格一格朗道方程的缺陷湍流和位相湍流机制下的反位相同步,分析了这种广义同步的特点。讨论了祸合映射系统的时空斑图发展的几种机制,用替代信号驱动实现了这一系统完全发展的时空混沌的同步,并讨论了利用这种同步的完全发展的时空混沌信号进行多通道,多电子文件同时加密的可行性,实现了多种信息的多路扩频保密通信和信。息保密存储。……   
[关键词]:斑图动力学;含非线性介质的光学谐振腔系统;光学时空斑图的形成;光学时空混沌;时空混沌控制与同步;保密通信
[文献类型]:博士论文
[文献出处]:长春理工大学2003年
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