半导体激光器低频噪声的混沌特性研究

论文摘要

本论文围绕半导体激光器的低频噪声的非线性性质分析展开的。首先,介绍了1/f过程及小波变换的基本理论;推导了1/f过程二进制小波变换系数的相关性及其方差的特点;研究了1/f分形信号的合成方法,运用Labview模拟了低频噪声的小波变换去除白噪声的方法。重点研究了根据信号的局部奇异性和小波变换的模极大值特点进行去噪的方法。其次在了解了半导体激光器的低频噪声具有非线性性质之后,运用分形理论对其进行研究。多重分形谱和去趋势波动分析方法,从另外一个角度对低频噪声进行了本质分析。最后,首次运用混沌理论对半导体激光器的低频噪声进行分析。通过仿真和实际数据分析,提取了半导体激光器低频噪声的非线性动力学参数。研究表明,半导体激光器低频噪声的非线性动力学系统具有有限的分数维,系统的变量由有限的自由变量加以描述和生成,同时系统的Lyapunov指数为正,对系统的初始条件敏感,这些都是混沌系统的基本特征。对半导体器件的低频噪声进行了建模,并且讨论了模型的准确性和可行性。在提取其非线性动力学参数后,结合分形物理学理论,对噪声产生的机制进行了初步的探索。

论文目录

• 提要
• 第1章 绪论
• 1.1 半导体激光器的产生和发展
• 1.2 低频噪声用于半导体激光器的可靠性表征
• 1.3 混沌理论发展及其应用
• 1.4 课题来源及本论文的主要工作和创新点
• 第2章 半导体激光器的噪声基础
• 2.1 噪声的统计特性
• 2.2 白噪声
• 2.2.1 热噪声
• 2.2.2 散弹噪声
• 2.3 G-R 噪声
• 2.4 1/f噪声
• 2.4.1 1/f 噪声源
• 2.4.2 表载流子数涨落模型
• 2.4.3 迁移率涨落模型
• 2.5 半导体激光器的电噪声特性
• 2.6 本章总结
• 第3章 小波变换用于半导体激光器低频噪声分析
• 3.1 小波变换概述
• 3.2 小波变换基本理论
• 3.2.1 连续小波变换
• 3.2.2 离散小波变换与二进制小波变换
• 3.3 小波变换的1/f 噪声提取
• 3.4 本章总结
• 第4章 半导体激光器低频噪声分形特征分析
• 4.1 分形理论基础
• 4.2 1/f分形信号的仿真方法研究
• 4.3 多重分形分析
• 4.4 去趋势波动方法计算原理
• 4.5 本章总结
• 第5章 半导体激光器低频噪声的混沌特性
• 5.1 引言
• 5.1.1 混沌的定义和性质
• 5.1.2 混沌的识别
• 5.2 相空间的重构与定性分析
• 5.2.1 最佳延迟时间的确定
• 5.2.2 嵌入维的确定
• 5.3 嵌入参数的确定
• 5.4 低频噪声的关联维数
• 5.4.1 G-P 算法
• 5.5 最大Lyapunov 指数与混沌性
• 5.5.1 Lyapunov 指数的定义和意义
• 5.5.2 Wolf 法
• 5.5.3 小数据量法
• 5.6 小波变换下1/f 噪声的混沌特征
• 5.6.1 小波变换与相空间的重构
• 5.6.2 基于小波变换的1/f 噪声的混沌模型
• 5.7 本章总结
• 第6章 总结与展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读博士学位期间发表的论文及参与的课题
• 摘要
• Abstract