光子学报
2022, 51(11): 1114005
1 重庆交通大学, a.机电与车辆工程学院
2 重庆交通大学, b.航空学院, 重庆 400000
3 c.绿色航空技术研究院, 重庆 401000
4 绿色航空能源动力重庆市重点实验室, 重庆 401000
针对四旋翼无人机轨迹跟踪控制中非线性、欠驱动、强耦合、多变量的控制难点问题, 提出了一种基于扩张状态观测器的串级全局快速终端滑模控制策略, 该控制策略使得系统具有快速感知并实时消除内外干扰的功能, 而且能保证系统在有限时间内迅速收敛到平衡状态。此外, 通过Lyapunov理论证明了控制系统的稳定性。仿真实验证明, 在四旋翼无人机模型中考虑了电机动态特性、外部干扰并避免了姿态角小扰动假设的情况下, 所提控制算法能够提高系统的鲁棒性能, 保证无人机的轨迹跟踪精度。
四旋翼无人机 轨迹跟踪 滑模控制 扩张状态观测器 quadrotor UAV trajectory tracking Sliding Mode Control (SMC) Extended State Observer (ESO)
1 西南大学 物理科学与技术学院，重庆40075
2 西南大学 数学与统计学院，重庆400715
基于二极管泵浦Nd：LaMgAl11O19无序晶体激光器实现了被动调Q激光以及脉冲幅度混沌激光的输出。当泵浦功率在4.8 ~8.6 W范围内时，激光器运转在被动调Q状态；当泵浦功率为8.6 W时，调Q激光的平均输出功率为613 mW、重复频率为157.1 kHz、脉冲宽度为2.2 μs。当泵浦功率增加到8.7~10.5 W范围内时，输出激光的脉冲幅度呈不规则随机分布现象；通过分析脉冲峰值序列的自相关曲线、相位图、功率谱、随机直方图，判定激光器运转在脉冲幅度混沌状态；当泵浦功率功率为10.5 W时，脉冲幅度混沌激光的平均输出功率为814 mW。
Passively Q-switched Pulse amplitude chaos Nd：LaMgAl11O19 disorder crystal Diode-pumped All-solid-state laser 被动调Q 脉冲幅度混沌 Nd：LaMgAl11O19无序晶体 二极管泵浦 全固态激光器
1 西南大学物理科学与技术学院, 重庆 400715
2 成都信息工程大学电子工程学院, 四川 成都 610225
提出一种柔性超薄吸透一体化电磁窗结构的设计方法,其能够在宽入射角范围内吸收任意极化的电磁波,并且在特定频段内具有几乎透明的透射窗口。测试结果表明,该结构在4.46 GHz时吸收率为93%,在2.86 GHz时透射率为98%,对应的插入损耗为0.09 dB。样品的整体厚度为0.288 mm,超薄的厚度使得该结构柔性可弯曲,易与曲面目标共形。在此基础上,提出宽带吸透一体化电磁窗结构的设计方法,仿真结果表明,在7.7~12.2 GHz吸收率都能达到90%,在4.35 GHz时透射率为90%,且具有宽入射角特性。
光学器件 电磁窗结构 吸透一体化 低插入损耗 柔性可弯曲 极化无关 光学学报
2019, 39(12): 1223005
西南大学 物理科学与技术学院, 重庆 400715
基于两个弱谐振腔法布里-珀罗激光器, 提出并实验研究了一种获取中心波长可调谐、混沌带宽可控的混沌信号产生方案.该方案是通过一个可调谐光纤布喇格光栅反馈弱谐振腔法布里-珀罗激光器(定义为主弱谐振腔法布里-珀罗激光器)输出的混沌光单向注入到另一个弱谐振腔法布里-珀罗激光器 (定义为副弱谐振腔法布里-珀罗激光器)来实现的.研究结果表明：通过改变可调谐光纤布喇格光栅滤波器的中心波长以及反馈回路的反馈强度, 主弱谐振腔法布里-珀罗激光器可输出中心波长在可调谐光纤布喇格光栅滤波器可调谐范围调谐的混沌信号; 把主弱谐振腔法布里-珀罗激光器输出的混沌信号进一步注入到副弱谐振腔法布里-珀罗激光器中, 通过改变注入强度和频率失谐, 可产生中心波长可调谐、带宽可大范围调节的混沌信号.
弱谐振腔法布里-珀罗激光器 光纤布喇格光栅 混沌光注入 混沌带宽 Weak-resonant-cavity Fabry-Perot laser diode Fiber Bragg grating Chaotic optical injection Chaotic bandwidth 光子学报
2018, 47(10): 1014003
1 西南大学 物理科学与技术学院, 重庆 400715
2 重庆科技学院 数理学院, 重庆 401331
3 内蒙古科技大学 理学院, 内蒙古自治区 包头 014010
实验研究了平行光注入下多横模1 550 nm垂直腔面发射激光器(1 550 nm-VCSEL)输出的非线性动力学特性．对于一个在自由运行时腔内同时存在基横模和一阶横模(高阶模)的1 550 nm-VCSEL, 其两横模的主激射模均为Y偏振模式(Y-LP), 当受到偏振方向沿自由运行时主激射模式偏振方向的外部光注入(即平行注入)时, 实验研究结果表明: 当平行注入光的频率νinj更临近基横模Y-LP频率νfy时(此时频率失谐Δνf定义为Δνf=νinj－νfy), 在注入光强度Pinj增加的过程中, 基横模Y-LP呈现多种动力学状态, 而高阶模Y-LP出现的动力学状态相对较少, 且能量逐渐减小．当Pinj增加到一定值时, 高阶模Y-LP完全被抑制, 此时1 550 nm-VCSEL处于单模工作状态, 即实现了基横模Y-LP的模式选择．随Δνf的逐渐增加, 实现基横模Y-LP模式选择所需的最小注入光强度Pinj, min先减小, 达到一个最小值后再逐渐增加; 在给定的Δνf条件下, Pinj, min随偏置电流I增加而增大．当平行注入光的频率νinj更靠近高阶模Y-LP的频率νhy时(此时频率失谐Δνh定义为Δνh=νinj－νhy), 在Pinj增加的过程中, 高阶模Y-LP和基横模Y-LP均呈现出多种非线性动力学状态, 但实验过程中未观察到基横模Y-LP完全被抑制的现象, 即未实现高阶模Y-LP的模式选择.
垂直腔面发射激光器 多横模 平行光注入 非线性动力学 模式选择 Vertical-Cavity Surface-Emitting Lasers (VCSELs) Multi-transverse mode Parallel optical injection Nonlinear dynamics Mode selection
基于自旋反转模型, 数值研究了光抽运下1300 nm自旋垂直腔面发射激光器(Spin-VCSEL)输出激光的圆偏振转换(PS)及偏振双稳(PB)特性。研究结果表明: 对于一定的抽运光偏振椭圆率PP, 抽运光功率能在一定程度上控制激光器输出光的偏振椭圆率Pout, 其绝对值随抽运光功率的增加而逐渐增大; 对于一定的归一化抽运光功率η, 采用正向扫描(逐渐增加)和反向扫描(逐渐减小)PP时, Spin-VCSEL输出的左旋圆偏振光与右旋圆偏振光之间会发生PS, 并可观察到PB现象。对于较小的η, 双稳环宽度随η的增加先增加到一个最大值然后减小到0; 对于较大的η, 双稳环宽度随η的增加总体上呈现出逐渐减小的趋势。激光器的线宽增强因子α和有源区介质的双折射系数γp等内部参数对由PP变化引起的PS和PB均有较大的影响。此外, 确定了双稳环宽度在某些激光器关键内部参数和η构成的参数空间中的分布图。
激光光学 自旋垂直腔面发射激光器 光抽运 圆偏振转换 双稳
西南大学 物理科学与技术学院, 重庆 400715
结合光注入半导体激光器的单周期动力学态与光电环路, 提出了一种可获得频率大范围可调、窄线宽的光子微波信号的方案并进行了实验研究.结果表明, 光注入半导体激光器在一定条件下能够实现单周期振荡, 且光子微波信号的频率在8~67 GHz范围内连续可调; 在合适的注入参数下, 获得了频率为24.3 GHz且光谱具有单边带结构的光子微波信号; 通过引入光电环路结构, 能够有效地将该光子微波的线宽由8.6 MHz压缩至30 kHz, 并获得了40 dB以上的信噪比.
非线性光学 微波光子学 光注入 半导体激光器 单周期振荡 光子微波 光电环路 窄线宽 可调谐 Nonlinear optics Microwave photonics Optical injection Semiconductor laser Period-one oscillation Photonic microwave Optoelectronic loop Narrow linewidth Tunable
基于混沌同步, 构建安全性增强的双向长距离混沌保密通信系统。结果表明：在合适的双混沌光注入参数下, 驱动激光器(DL)可以产生低时延特征(TDS)、宽带宽的混沌信号; DL输出的混沌信号注入到2个响应激光器(RLs)中, 通过优化注入参数, 2个RLs可输出TDS更低、带宽更宽的混沌信号, 且2个混沌信号在实现高质量混沌同步的同时与DL输出混沌保持极低的相关系数(小于0.1); 基于2个RLs之间高质量的混沌同步, 可实现安全性增强的双向远距离混沌保密通信。采用色散位移光纤作为传输信道, 20 Gbit/s的信息在传输120 km后, 解调信息的Q因子大于6; 而采用普通单模光纤作为传输信道, 1 Gbit/s的信息在传输140 km后, 解调信息的Q因子大于8。
光通信 半导体激光器 混沌保密通信 混沌同步 双向传输 光纤
Author Affiliations
Abstract
1 School of Physical Science and Technology, Southwest University, Chongqing 400715, China
2 e-mail: gqxia@swu.edu.cn
Polarization switching (PS) characteristics in a 1550 nm vertical-cavity surface-emitting laser (VCSEL) subject to circularly polarized optical injection (CPOI) are experimentally investigated. The results show that, under different biased current, a solitary 1550 nm VCSEL can oscillate at y polarization mode (y mode), two polarization components (PCs) coexistence or x polarization mode (x mode). The PS characteristics induced by CPOI for the VCSEL operating at y mode and x mode are analyzed and the evolutions of dynamical states with the injected power are discussed. Additionally, the mappings of nonlinear dynamical states are given in the parameters space of the injected power and frequency detuning.
140.7260 Vertical cavity surface emitting lasers 190.3100 Instabilities and chaos 190.4360 Nonlinear optics, devices Chinese Optics Letters
2016, 14(2): 021401
