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基于关联维数方法的光子集成电路激光器复杂性映射

DOI：10.1088/1555-6611/ab27bb 期刊：Laser Physics 出版年份：2019 更新时间：2025-09-23 15:19:57
摘要： 量化由非线性系统（包括激光系统）产生的实验时间序列的复杂性仍是一项挑战?；陟氐姆椒ǎㄈ缗帕徐豍E）已被证明是衡量时间序列复杂性相对值的有效工具。然而，PE数值难以直接对应特定类型的动力学输出。因此，从实验信号中定量计算有意义的分形维数（如关联维数CD）仍具有重要意义。本文采用计算最小梯度值及其分布（CD分析的核心环节）的方案，将具有小分布范围的最小梯度值作为近似CD值呈现。我们报道了通过分析四段式光子集成激光器（PICL）在宽参数空间内获得的实验时间序列所推导的这些值的映射图谱。该PICL是一种受控光学反馈半导体激光器的集成形式。最小梯度/近似CD映射显示，其动力学特征与自由空间等效系统存在定性差异区域。研究表明，即使无法确定近似CD值时，最小梯度值仍能揭示动力学特征，排列熵映射与最小梯度/近似CD值映射的定性特征一致性进一步佐证了这一点。利用最小梯度值图谱可识别出接近周期性与准周期性动力学的时间序列区域。
作者： Christopher J McMahon，Joshua P Toomey，Apostolos Argyris，Deb M Kane
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研究概述 实验方案 设备清单

研究目的

量化由非线性系统（包括激光系统）生成的实验时间序列的复杂性，并将这些数值映射到四段式光子集成电路激光器（PICL）的大参数空间中。

研究成果

该研究表明，平均最小梯度/近似CD值分析是动态映射中的有效工具，为这类分析的技术细节和局限性提供了新见解。它识别出PICL输出中接近周期性和准周期性的动态区域，并指出可设计多段器件以实现不同复杂度的高保真输出。

研究不足

该研究承认，由于噪声干扰以及计算方法在提取近似关联维数值（尤其是对于较高关联维数[CD>5]的动力学系统）方面存在局限性，从实验时间序列中量化复杂度具有挑战性。

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