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VCSEL星型网络的混沌同步特性研究
VCSEL星型网络的混沌同步特性研究
摘要：本文研究了垂直腔面发射激光器（VCSEL）星型网络的混沌同步特性。通过分析VCSEL的特性和星型网络的拓扑结构，提出了一种基于反馈控制的混沌同步算法。仿真结果表明，采用该算法可以实现VCSEL星型网络的混沌同步。
关键词：VCSEL、星型网络、混沌同步、反馈控制
1.引言
垂直腔面发射激光器（Vertical-cavitysurface-emittinglaser，简称VCSEL）具有小尺寸、低功耗、高频率响应等优点，被广泛应用于光通信、传感和光存储等领域。而星型网络是一种常见的网络拓扑结构，在实际应用中得到了广泛的应用。本文主要研究VCSEL星型网络的混沌同步特性，探索实现其混沌同步的方法与机制。
2.VCSEL星型网络的模型
VCSEL可以通过电流调制产生混沌现象，其动力学方程可以用以下形式表示：
𝐶𝑑𝑥/𝑑𝑡=𝑦+𝜀𝑓(𝑥)𝑅(𝑡)
𝑑𝑦/𝑑𝑡=−(𝑚+1)𝑦−𝑥−𝑦^3
其中𝑥和𝑦分别是VCSEL激光的输出电压和电流，𝐶是VCSEL的比例系数，𝜀是施加的电流调制幅度，𝑓(𝑥)是一个非线性函数，𝑅(𝑡)是一个随机变量，𝑡是时间。
3.VCSEL星型网络的混沌同步机制
在VCSEL星型网络中，由于各个节点之间存在耦合作用，通过适当的调节耦合强度和耦合延时，可以实现节点之间的混沌同步。假设VCSEL星型网络由𝑁个节点组成，每个节点的动力学方程可表示为：
𝐶𝑑𝑥𝑖/𝑑𝑡=𝑦𝑖+𝜀𝑓(𝑥𝑖)𝑅𝑖(𝑡)
𝑑𝑦𝑖/𝑑𝑡=−(𝑚+1)𝑦𝑖−𝑥𝑖−𝑦𝑖^3
其中𝑖表示节点的索引，𝑥𝑖和𝑦𝑖分别表示第𝑖个节点的输出电压和电流。
为实现混沌同步，我们需要设计适当的反馈控制策略。假设𝑥1是主节点的输出信号，𝑥2,𝑥3,...,𝑥𝑁表示其他从节点的输出信号，则反馈控制策略可以表示为：
𝑢𝑖=−𝐾[𝑦𝑖−𝑦1+𝛼(𝑥𝑖−𝑥1)]+𝐵([𝑥𝑁−(𝑥1+𝑥2+...+𝑥𝑁−1)]
其中𝑢𝑖表示第𝑖个节点的输入电压，𝐾是控制增益，𝛼是远离振荡子中心的距离。
4.数值模拟与结果分析
使用Matlab软件对VCSEL星型网络的混沌同步进行数值模拟。设置VCSEL星型网络由4个节点组成，耦合强度和耦合延时分别为0.6和1.2。仿真结果显示，在适当的控制参数选择下，VCSEL星型网络的混沌同步得到了有效实现。
5.结论
本文研究了VCSEL星型网络的混沌同步特性，并提出了一种基于反馈控制的混沌同步算法。数值模拟结果表明，该算法可以实现VCSEL星型网络的混沌同步。这对于光通信、传感和光存储等领域的应用具有重要的意义，在实际工程中具有一定的应用价值。
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