[发明专利]一种基于单模双环掺铒光纤激光器的模拟电路构造方法

说明书

本发明提供了一种基于单模双环掺铒光纤激光器的模拟电路构造方法，包括：第一步骤：将单模双环掺铒光纤激光器的动力学方程转换成积分方程；第二步骤：利用电子元器件将积分方程组中的各个积分方程进行分块设计，并分块设计的电路将连接成完整电路。

技术领域

本发明涉及一种单模双环掺铒光纤激光器模拟电路的电路实现方法。

背景技术

混沌是一种普遍存在于自然界中的运动状态，对初始条件敏感，变化具有随机性，长期行为具有不可预测性。其宏观上虽呈现出无规则的状态，但其本质是一种有序运动。混沌在各个领域皆有应用，例如图像与文字加密；微弱分析与检测中的添加白噪声、高斯噪声；机电耦合中的电机控制系统、换能系统与风电转换系统等。人们根据混沌系统的特性建立起对应的动力学方程，并通过软件仿真，硬件实现等手段对其进行研究。混沌电子电路的硬件实现是研究中的一种重要手段，是非线性科学中的一门前沿课题，其理论主要起源于对Lorenz系统和Chua系统的电路设计和研究。

光纤激光器的介质材料通常使用掺杂少量稀土元素的光纤。作为一种典型的固体激光器，其大多利用光泵浦作为激发源(即使用一束强光照射激光器的基质材料，激励原子使其跃迁到更高的能级)，当泵浦光耦合到光纤中时，容易在直径较小的光纤中形成高功率密度，发生粒子数反转，进而与光学谐振器配合产生激光振荡。相比于其他种类光纤，掺杂铒离子的光纤在低损耗第三通信窗口具有更高的增益。得益于其性质特点，掺铒光纤激光器具有可用带宽较宽、与光纤元件兼容性好、信噪比高以及与光纤通信最低损耗窗口相匹配等特点。铒离子的亚稳态寿命最高可达10ms，并且光纤芯功率密度高，使用掺杂铒离子的光纤作为激光介质的激光器对光信号具有放大作用并且可以由连续工作状态过渡到混沌状态。光纤激光器是一种非线性系统，根据Arecchi以弛豫时间作为标准的分类方式可分为A、B和C三类。其中A类和B类产生混沌的方式为引入一个新的自由度，而C类激光器不需要引入自由度便可以独立产生混沌行为。本发明涉及的单模双环掺铒光纤激光器是一种以掺铒光纤作为基质材料的激光发生装置，是一种C类激光器。

从上世纪90年代起，人们就开始对掺铒光纤激光器的动力学特征从理论和实验进行研究。目前产生混沌的方法主要有：利用双环耦合作用；利用非线性克尔效应进行泵浦或损耗调制；利用高掺杂光纤中的铒离子对作用等。

但是，现有的技术方案无法实现结构简单、参数易调的单模双环掺铒光纤激光器的模拟电路实现方法。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对现有技术中存在上述缺陷，提供一种结构简单、参数易调的单模双环掺铒光纤激光器的模拟电路实现方法。

根据本发明，提供了一种基于单模双环掺铒光纤激光器的模拟电路构造方法，包括：

第一步骤：将单模双环掺铒光纤激光器的动力学方程转换成积分方程；

第二步骤：利用电子元器件将积分方程组中的各个积分方程进行分块设计，并分块设计的电路将连接成完整电路。

优选地，在第一步骤，对于单模双环掺铒光纤激光器动力学方程：

其中，x、y、z、v表示输入信号(x，y，z，v)的元素，a、b、c、d、 e、g、h为单模双环掺铒光纤激光器的动力学方程的系数参数；

将其由微分方程组转换成为积分方程组：

优选地，电子元器件包括线性电阻、线性电容、模拟乘法器和运算放大器。

优选地，在第二步骤，根据电子元器件的基本逻辑功能，构造反向加法比例运算电路、反向比例运算电路、反相器和反向积分器，以进一步构造模拟运算电路来对输入信号(x，y，z，v)进行加减运算、乘积运算、变号和积分运算。