参数失配对互注入VCSELs系统超前滞后混沌同步的影响

摘要

互注入垂直腔表面发射激光器(VCSELs)系统因其在双向混沌保密通信中的重要应用而受到人们的关注,关于该系统的非线性动力学、偏振特性以及混沌同步特性已有相关报道。在完全对称(无参数失配)的互注入VCSELs系统中,由于随机噪声的影响将使系统出现不稳定的超前、或滞后同步。为了实现稳定的超前滞后同步,人们提出了基于外部参量失配的非对称系统方案并研究了外部参量失配(如注入强度失配、频率失谐等)对系统超前滞后同步的影响。然而,在分析外部参量失配(如注入强度失配、频率失谐等)对系统超前滞后同步的影响的过程中,并未考虑到两个VCSELs存在的内部参数失配。由于两个不同VCSELs之间总是存在不可避免的内部参数失配,因此有必要对存在内部参数失配时互注入VCSELs的超前滞后混沌同步进行研究。
　　 本文基于描述VCSELs的自旋反转模型(SFM),建立了互注入VCSELs的理论模型,理论研究了互注入VCSELs系统的超前滞后混沌同步及参数失配对系统同步关系的影响。数值模拟结果显示:(1)由于自发辐射噪声的影响,互注入VCSELs系统的同步性能并不稳定,相关系数出现两个约为0.8的峰值,表明系统不能达到稳定的混沌同步,两激光器间随机出现超前和滞后的同步关系;(2)对于激光器内部参数完全匹配的互注入VCSELs系统,当连续变化频率失谐或注入失谐时,系统的超前或滞后同步会发生转换,且转换点发生在零失谐处,即具有高激射频率或遭受弱注入的VCSEL处于超前地位;(3)当考虑实际存在的内部参数失配的情况时,系统的超前滞后关系的转换点从零频率失谐或零注入失谐处发生了偏移,因此,对比完全对称的情况,从偏移后的转换点到零失谐的范围内就会得出相反的结论。另外,不同的内部参数失配所带来的转换点的偏移量不一样,且由线宽增强因子的失配所带来的影响最为显著。上述仿真结果与实验结果基本相符。