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短内腔激光器对光子储备池计算的优化

物理学报 2022年第19期71卷 164-173页

作者：赵彤谢文丽许俊伟贾志伟太原理工大学新型传感器与智能控制教育部重点实验室太原030024 太原理工大学物理与光电工程学院太原030024

随着高速信息时代的来临及信息量的爆炸式增长,对信息处理速度提出了更高的要求,光子储备池计算系统成为了解决方案之一.短光子寿命易于提升光子储备池计算系统的响应速度而有助于实现更高速率的信息处理.激光器内腔长度会影响光子寿命... 详细信息

随着高速信息时代的来临及信息量的爆炸式增长,对信息处理速度提出了更高的要求,光子储备池计算系统成为了解决方案之一.短光子寿命易于提升光子储备池计算系统的响应速度而有助于实现更高速率的信息处理.激光器内腔长度会影响光子寿命,同时还影响了激光器输出进入不同动力学状态时所需的相关参数值.因此,本文研究了不同内腔长度(120—900μm)对基于分布式反馈激光器的储备池计算系统性能及相关参数空间的影响.结果表明,当内腔长度在120—171μm范围内,系统可低误差处理20 Gbps速率的信息;内腔长度介于120—380μm之间时、较大的频率失谐及少量虚拟节点数(50),仍可使系统具有良好的预测效果;内腔长度较短时,反馈强度与注入强度组成的高性能参数空间可提高22%—40%.

关键词：储备池计算内腔长度信息处理非线性动力学系统

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漏斗型完全光子带隙光波导单向传输

物理学报 2022年第3期71卷 315-323页

作者：智文强费宏明韩雨辉武敏张明达刘欣曹斌照杨毅彪太原理工大学物理与光电工程学院太原030024 太原理工大学新型传感器与智能控制教育部重点实验室太原030024

光波单向传输器件在全光计算和信息处理方面具有重要应用.本文提出一种具有完全光子带隙的硅基空气孔光子晶体漏斗型光波导结构,在光通信波段可实现单向传输特性.漏斗型光波导可打破光波对称传输,引入点缺陷通过模式转换与失配进一步抑... 详细信息

光波单向传输器件在全光计算和信息处理方面具有重要应用.本文提出一种具有完全光子带隙的硅基空气孔光子晶体漏斗型光波导结构,在光通信波段可实现单向传输特性.漏斗型光波导可打破光波对称传输,引入点缺陷通过模式转换与失配进一步抑制反向透射,并研究了不同的点缺陷类型与位置对反向透射的影响.采用时域有限差分法进行数值计算,优化选取了最佳的点缺陷模式.结果显示,单柱型点缺陷在向左移动5a(a为光子晶体晶格常数,a=470 nm)时,横电(TE)偏振光在工作波长1550 nm处正向透射率为0.716,透射对比度为0.929,工作带宽为111 nm.另外,本文提出的光波单向传输器件结构简单、工艺要求低,有望为集成光路中单向传输器件设计提供新的解决方案.

关键词：漏斗型光波导光子带隙点缺陷单向传输模式转换

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金纳米棒复合体的消光特性

物理学报 2015年第20期64卷 343-351页

作者：黄运欢李璞新型传感器与智能控制教育部重点实验室太原030024 太原理工大学物理与光电工程学院太原030024

金属纳米颗粒局域表面等离激元共振时能够产生消光和近场增强效应已经成为国内外研究的热点.应用时域有限差分法对L形纳米棒与普通纳米棒构成的金纳米棒复合体的消光光谱及其近场增强和电流矢量密度分布进行了研究.计算结果表明,普通纳... 详细信息

金属纳米颗粒局域表面等离激元共振时能够产生消光和近场增强效应已经成为国内外研究的热点.应用时域有限差分法对L形纳米棒与普通纳米棒构成的金纳米棒复合体的消光光谱及其近场增强和电流矢量密度分布进行了研究.计算结果表明,普通纳米棒和L形纳米棒二聚体的光谱响应与纳米棒间的间距有关,而金纳米棒复合体的消光光谱可通过调整L形纳米棒与普通纳米棒间的间距、L形纳米棒的臂长度以及普通纳米棒的长度进行调谐.此外金纳米棒复合体可以分解成L形纳米棒二聚体和普通纳米棒二聚体两个部分,通过分别改变L形纳米棒的臂长和普通纳米棒的长度,对比L形纳米棒二聚体和普通纳米棒二聚体间的共振峰位置变化,可以更直观地了解金纳米棒复合体消光光谱线型的变化.这些结果可用于指导金纳米棒复合体纳米光子器件的设计,以满足其在表面增强拉曼散射和生物传感等方面应用.

关键词：表面等离激元共振时域有限差分法金纳米棒复合体消光光谱

合金团簇(FeCr)_n中的非共线磁序和自旋轨道耦合效应

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物理学报 2013年第14期62卷 128-135页

作者：张宝龙王东红杨致刘瑞萍李秀燕太原理工大学新型传感器与智能控制教育部重点实验室物理与光电工程学院太原030024

利用密度泛函理论对合金团簇(FeCr)n(n≤6)的几何结构、稳定性和磁性进行了系统的研究.研究结果表明,对n≤3的合金团簇,其基态具有共线的反铁磁序;而对于n≥4的合金团簇,其基态具有非共线磁序,因此在n=4时体系发生了共线磁序向非共线磁... 详细信息

利用密度泛函理论对合金团簇(FeCr)n(n≤6)的几何结构、稳定性和磁性进行了系统的研究.研究结果表明,对n≤3的合金团簇,其基态具有共线的反铁磁序;而对于n≥4的合金团簇,其基态具有非共线磁序,因此在n=4时体系发生了共线磁序向非共线磁序的"相变".此外,虽然3d过渡金属原子中电子的自旋轨道耦合效应比较弱,但计算结果表明对于某些小尺寸的合金团簇其轨道磁矩不能忽略.对非共线磁性团簇的成键性质以及产生磁序"相变"的物理起源进行了详细讨论.

关键词： (FeCr)n合金团簇密度泛函理论非共线磁序自旋轨道耦合效应

高精度双斜坡辅助式混沌布里渊光纤动态应变传感

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物理学报 2021年第10期70卷 51-60页

作者：王亚辉赵乐胡鑫鑫郭阳张建忠乔丽君王涛高少华张明江太原理工大学新型传感器与智能控制教育部与山西省重点实验室太原030024 太原理工大学物理与光电工程学院太原030024

近年来,基于受激布里渊散射的分布式光纤传感技术已广泛应用于土木结构健康监测、灾害预警、国防安全等诸多领域,振动等动态参量的实时传感和精准检测已成为备受瞩目的研究热点.本文提出一种基于增益开关调制和双斜坡辅助的混沌布里渊... 详细信息

近年来,基于受激布里渊散射的分布式光纤传感技术已广泛应用于土木结构健康监测、灾害预警、国防安全等诸多领域,振动等动态参量的实时传感和精准检测已成为备受瞩目的研究热点.本文提出一种基于增益开关调制和双斜坡辅助的混沌布里渊光相关域分析传感技术,实现高精度、大范围动态应变监测.首先,理论分析了单斜坡辅助系统中混沌激光固有的时延特征和功率随机波动特性对测量精度的影响和限制;然后,利用增益开关调制产生48.6 dB的高消光比脉冲,使得混沌信号时延旁瓣和非零基底诱发的噪声场被大幅抑制,仿真结果表明声波场信噪比提升3.31 dB,实验测得混沌布里渊增益谱信号背景噪声比提升1倍,动态应变测量精度由±40.2μe提高至±23.1μe;最后,利用双斜坡辅助技术,消除混沌激光固有功率波动的影响,动态应变测量精度进一步提升至±8.1μe,系统稳定性良好,且动态范围仍保持800μe,为现代传感网络的高精度、大范围动态应变监测提供了一种新的解决方案.

关键词：混沌激光动态应变传感斜坡辅助布里渊光相关域分析

面向全光物理随机数发生器的混沌实时光采样研究

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物理学报 2015年第23期64卷 25-34页

作者：李璞江镭孙媛媛张建国王云才太原理工大学新型传感器与智能控制教育部重点实验室太原030024 太原理工大学物理与光电工程学院光电工程研究所太原030024

基于混沌激光实现全光物理随机数发生器的物理基础是完成对混沌光信号的高速实时全光采样.本文利用偏振无关的SOA构建出TOAD全光采样门,以光反馈半导体激光器产生混沌激光,对混沌激光的全光采样可行性进行了原理性实验论证,实现了对光... 详细信息

基于混沌激光实现全光物理随机数发生器的物理基础是完成对混沌光信号的高速实时全光采样.本文利用偏振无关的SOA构建出TOAD全光采样门,以光反馈半导体激光器产生混沌激光,对混沌激光的全光采样可行性进行了原理性实验论证,实现了对光反馈半导体激光器产生的6.4 GHz带宽的混沌激光5 GSa/s的实时、高保真全光采样.进一步研究显示,光采样周期与外腔反馈时间成比例与否对混沌信号弱周期性的抑制水平影响显著.当两者不成比例时,可有效消除原始混沌信号的弱周期性,有利于高质量物理随机数的产生.

关键词：混沌激光随机数光采样太赫兹光非对称解复用器

大幅度增加弛豫振荡频率来实现毫米级外腔半导体激光器的外腔机制转换

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物理学报 2017年第23期66卷 154-162页

作者：王永胜赵彤王安帮张明江王云才太原理工大学新型传感器与智能控制教育部重点实验室太原030024 太原理工大学物理与光电工程学院光电工程研究所太原030024

混沌外腔半导体激光器输出明显存在弛豫振荡特征,弛豫振荡频率小于外腔振荡频率时,外腔半导体激光器输出态是短腔机制;反之,外腔半导体激光器输出态是长腔机制.首先对比分析了弛豫振荡频率为5.6 GHz,腔长对频谱有效带宽的影响.然后同时... 详细信息

混沌外腔半导体激光器输出明显存在弛豫振荡特征,弛豫振荡频率小于外腔振荡频率时,外腔半导体激光器输出态是短腔机制;反之,外腔半导体激光器输出态是长腔机制.首先对比分析了弛豫振荡频率为5.6 GHz,腔长对频谱有效带宽的影响.然后同时调节注入电流和载流子寿命来大幅度地增加弛豫振荡频率.最后在弛豫振荡频率为40 GHz、腔长为毫米级(4—20 mm)时,实现由短腔机制到长腔机制的转换,进而分析了外腔反馈率和外腔长对外腔半导体激光器频谱带宽的影响.分析结果表明:短腔机制下,输出混沌态不稳定,0.1 mm的偏差就会导致混沌态与非混沌态之间的转化;长腔机制下,输出混沌态稳定,输出混沌区域较大,证明长腔机制下更有益于获得宽带连续的混沌区域.在弛豫振荡频率为40 GHz、外腔长度为毫米级时,实现了外腔半导体激光器的长腔机制,从而增大了高带宽混沌的参数空间.

关键词：混沌半导体激光器光反馈弛豫振荡频率

线宽增强因子对光反馈半导体激光器混沌信号生成随机数性能的影响

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物理学报 2017年第12期66卷 139-147页

作者：韩韬刘香莲李璞郭晓敏郭龑强王云才太原理工大学新型传感器与智能控制教育部重点实验室太原030024 太原理工大学物理与光电工程学院光电工程研究所太原030024

基于光反馈半导体激光器产生的宽带混沌信号作为物理熵源生成物理随机数已得到广泛研究.线宽增强因子的存在会导致半导体激光器出现大量不稳定动态特性,因此,本文着重研究半导体激光器的线宽增强因子对生成随机数性能的影响.数值仿真结... 详细信息

基于光反馈半导体激光器产生的宽带混沌信号作为物理熵源生成物理随机数已得到广泛研究.线宽增强因子的存在会导致半导体激光器出现大量不稳定动态特性,因此,本文着重研究半导体激光器的线宽增强因子对生成随机数性能的影响.数值仿真结果表明:随着线宽增强因子的增加,光反馈半导体激光器输出混沌信号的延时峰值逐渐减小、最大李雅普诺夫指数逐渐增大.基于不同线宽增强因子下产生的混沌信号提取随机数,并利用NIST SP 800-22软件对生成随机数的性能进行测试.测试结果表明,选取线宽增强因子较大的半导体激光器产生混沌信号作为物理熵源易于生成性能良好的随机数.

关键词：光反馈半导体激光器线宽增强因子混沌随机数

利用混沌激光脉冲在线实时产生7 Gbit/s物理随机数

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物理学报 2017年第5期66卷 33-40页

作者：赵东亮李璞刘香莲郭晓敏郭龑强张建国王云才太原理工大学新型传感器与智能控制教育部重点实验室太原030024 太原理工大学物理与光电工程学院光电工程研究所太原030024

提出了一种基于混沌激光的在线实时产生高速物理随机数的方法,通过对连续的混沌激光进行光釆样得到离散的混沌激光脉冲序列,利用差分比较器对混沌脉冲序列进行自延迟比较,在线实时输出高速物理随机数.并以光反馈半导体激光器这一典型混... 详细信息

提出了一种基于混沌激光的在线实时产生高速物理随机数的方法,通过对连续的混沌激光进行光釆样得到离散的混沌激光脉冲序列,利用差分比较器对混沌脉冲序列进行自延迟比较,在线实时输出高速物理随机数.并以光反馈半导体激光器这一典型混沌激光产生装置作为物理熵源,对所提方法进行了原理性实验论证,实现了实时速率为7 Gbit/s的物理随机数在线产生,可成功通过随机数行业测试标准(NIST SP 800-22).

关键词：混沌激光物理随机数光采样延时比较