宽带光电振荡器中的非线性振荡特性研究.pdf

摘要

宽带光电振荡器题Optoelectronicoscillator,OEO由于其带宽较大，反馈环路

中存在强烈的非线性效应。此外，能量在环腔中的传输时间不能被忽略，这使得

系统存在固有的时间延迟。因此，宽带OEO是一种时滞非线性动力学系统，在该

系统中存在丰富且复杂的动力学现象。本文重点研究了宽带OEO的可激发振荡特

性，并基于该系统实现了脉冲宽度在纳秒量级的超短电脉冲信号产生。本文的主

要研究内容如下：

1、通过分析宽带OEO的基本结构建立了相应的理论模型，并推导了宽带

OEO的动力学方程。根据动力学方程，对线性偏置点下系统不动点的稳定性进行

了理论研究。通过数值仿真分析了在线性偏置点下，系统随着环路增益增大的演

化过程。仿真结果表明：随着环路增益的增加，系统在经历Hopf分岔后依次产生

了周期性振荡、多时间尺度振荡以及混沌信号。

2、研究了宽带OEO的可激发振荡特性。理论研究了宽带OEO系统在受到高

于可激发阈值的扰动后会激发出尖峰脉冲的机制，定性地分析了环路增益和OEO

中电光调制器的偏置电压对可激发阈值的影响，结果表明尖峰脉冲的波形与初始

激发信号的波形无关，只取决于系统的参数。数值仿真研究了影响尖峰脉冲脉宽

的主要因素，并在实验中验证了仿真结果。通过仿真研究了尖峰脉冲的不应期特

性，仿真结果表明：与生物神经元尖峰相似，宽带OEO产生的尖峰脉冲不应期可

分为绝对不应期和相对不应期；当一个脉冲位于前一个脉冲的相对不应期内，脉

冲之间会表现出相互排斥的作用，并实验观察到在OEO系统中因相互排斥作用，

尖峰脉冲会自发调整脉冲间距，最终在环腔内形成稳定的分布。

3、提出并实验验证了一种基于宽带OEO产生尖峰脉冲信号的方法，该方法

是利用宽带OEO产生的混沌信号作为初始激发信号来实现的。通过数值仿真研究

了在短腔宽带OEO中周期性尖峰脉冲信号的产生过程，并分析了系统参数对腔内

尖峰脉冲数目的影响。实验分别搭建了短腔和长腔的宽带OEO系统，在短腔中分

别实现了重复频率为48.69MHz、脉宽为3.08ns和重复频率为16.23MHz、脉宽

为1.32ns的尖峰脉冲信号产生，在长腔中分别得到了重复频率为38.53MHz和

25.05MHz的纳秒尖峰脉冲信号。

关键词：宽带光电振荡器，非线性动力学，可激发性，尖峰脉冲

ABSTRACT

ABroadbandoptoelectronicoscillatoriswiththestrongnonlineareffectinthe

feedbackloopduetoitslargebandwidth.Inaddition,thetimeforenergytransmissionin

theOEOcavitycannotbeignored,whichintroducesanintrinsictimedelayinthesystem.

Therefore,abroadbandOEOisatime-delaynonlineardynamicsystem,thusleadingto

richandcomplexnonlineardynamicphenomena.Thispaperfocusesoninvestigatingthe

excitableoscillationcharacteristicsandproposesaschemeforgeneratingultra-short

pulsesignalswithpulsewidthofafewofnanoseconds.Themainresearchworkisas

follows:

1.Acorrespondingtheoreticalmodelhasbeenestablishedbyanalyzingthebasic

structureofbroadbandOEOs,andthedynamicequationofbroadbandOEOshasbeen

deri