JPH06310790A - Optical chaos controller - Google Patents

Optical chaos controller

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JPH06310790A
JPH06310790A JP4293399A JP29339992A JPH06310790A JP H06310790 A JPH06310790 A JP H06310790A JP 4293399 A JP4293399 A JP 4293399A JP 29339992 A JP29339992 A JP 29339992A JP H06310790 A JPH06310790 A JP H06310790A
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JP
Japan
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light
semiconductor laser
resonator
optical
state
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Application number
JP4293399A
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Japanese (ja)
Inventor
Nobuyuki Watanabe
伸之 渡辺
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Olympus Corp
Original Assignee
Olympus Optical Co Ltd
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Publication date
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Publication of JPH06310790A publication Critical patent/JPH06310790A/en
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Abstract

PURPOSE:To control the coupling efficiency of an outer resonator in a semiconductor laser with high reproducibility by stabilizing the time series of optical intensity from a chaos state to a periodic state. CONSTITUTION:A mirror 21 disposed on the optical axis of a semiconductor laser element 1 reflects laser light from the laser element 1 on the optical axis to cause optical resonance and constitutes a resonator together with the outlet end face of the semiconductor laser element 1. A coupling efficiency regulation system 22 disposed on the outlet side optical path of laser beam in an outer resonator 2 regulates the resonant state. A light receiver 3 detects the quantity of laser light transmitted through the mirror 21 and delivers a signal to a feedback control circuit 4. The feedback control circuit 4 delivers the detection output from the light receiver 3 to the coupling efficiency regulation system 22 in the outer resonator 2 and imparts perturbation to the coupling efficiency. This constitution allows to control the time series of optical intensity from chaos state to a desired and stabilized periodic state.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は光カオスにおいて、カオ
ス状態‐準安定状態の制御を行う光カオス制御装置に関
する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an optical chaos control device for controlling chaotic state-metastable state in optical chaos.

【0002】[0002]

【従来の技術】力学法則に従いつつ、確率論的に変化す
る複雑な現象をカオスと呼び、近年、数学、物理、生物
などあらゆる分野で注目を集めている。
2. Description of the Related Art A complex phenomenon that changes stochastically while complying with the laws of dynamics is called chaos, and has recently attracted attention in various fields such as mathematics, physics, and biology.

【0003】ところで、カオスは非線形において生じる
現象であり、線形では起こり得ない。
By the way, chaos is a phenomenon that occurs non-linearly and cannot occur linearly.

【0004】一方、物理学の分野において、半導体に着
目してみると、半導体材料自体は非線形光学素子として
も既に研究されており、カオス研究の対象となってい
る。そして、非線形光システムにおいては、振幅、位
相、方向、波長などの多数の自由度を持つ光ビームが非
線形に相互作用して、複雑かつ多次元な光パターン発生
を伴う光カオスが現われる場合が多いので、これを光通
信や光信号処理に利用できる可能性を秘めている。
On the other hand, in the field of physics, focusing on semiconductors, the semiconductor material itself has already been studied as a non-linear optical element and is the subject of chaos research. In a non-linear optical system, optical beams having a large number of degrees of freedom such as amplitude, phase, direction, and wavelength interact in a non-linear manner, and optical chaos with complex and multidimensional light pattern generation often appears. Therefore, it has the potential to be used for optical communication and optical signal processing.

【0005】ここで述べる光カオスは、半導体レーザの
光非線形性を利用した現象の一つである。もともと光カ
オスはCO2 レーザなどの不安定発振に見られるような
レーザ動作の力学系に由来するものと、リング共振器中
に非線形光学素子を配置した受動型共振器で見られる不
安定発振が主に研究されてきた。
The optical chaos described here is one of the phenomena utilizing the optical nonlinearity of a semiconductor laser. Optical chaos is originally derived from a dynamic system of laser operation such as that seen in unstable oscillation of a CO 2 laser, and unstable oscillation seen in a passive resonator in which a nonlinear optical element is arranged in a ring resonator. Mainly studied.

【0006】一方、半導体レーザにおいても戻り光ノイ
ズの問題は古くから知られていて、実用面においてはこ
の戻り光ノイズを抑制し、安定に動作させるようにする
ことは不可欠であるがために、そのための制御技術の研
究に時間を費やしているが、その反面、戻り光ノイズの
振舞いがカオスであることに興味が持たれている。
On the other hand, in semiconductor lasers, the problem of return light noise has been known for a long time, and it is indispensable to suppress the return light noise and operate it stably in practical use. I spend a lot of time researching control technology for that purpose, but on the other hand, I am interested in the behavior of returning optical noise being chaotic.

【0007】図20は複合共振器の概略的な構成図を示
しており、LDは半導体レーザ素子、Mはミラーであ
る。ミラーMは半導体レーザ素子LDの光軸上に配置さ
れ、半導体レーザ素子LDからのレーザ光をその光軸上
で反射して光共振を生ぜしめる。r1,r2は半導体レ
ーザ素子の端面、r3はミラーMの反射面である。
FIG. 20 shows a schematic configuration diagram of a composite resonator, in which LD is a semiconductor laser element and M is a mirror. The mirror M is arranged on the optical axis of the semiconductor laser element LD, and reflects the laser light from the semiconductor laser element LD on the optical axis to cause optical resonance. r1 and r2 are end faces of the semiconductor laser device, and r3 is a reflecting face of the mirror M.

【0008】図20の様に構成された複合共振器の挙動
を一般化されたファンデルポール方程式を数値的に解い
て調べると、半導体レーザ素子(LD)の活性層の非線
形分極と3次の非線形感受率は
When the behavior of the composite resonator configured as shown in FIG. 20 is numerically solved by the generalized Van der Pol equation, the nonlinear polarization of the active layer of the semiconductor laser device (LD) and the third-order nonlinearity are obtained. The susceptibility is

【数1】 ここでg0 は小信号利得であり、また、αは半導体レー
ザに特有のパラメータであって、活性層の屈折率nと利
得Gのキャリア密度Nに対する変分の比
[Equation 1] Here, g 0 is a small signal gain, and α is a parameter peculiar to a semiconductor laser, and is a ratio of variation of the refractive index n of the active layer and the gain G with respect to the carrier density N.

【数2】 で表される。これが半導体レーザにおける非線形の源で
ある。
[Equation 2] It is represented by. This is the non-linear source in semiconductor lasers.

【0009】ここで2つのキャビティの位相条件はHere, the phase condition of the two cavities is

【数3】 上の位相条件(1)を満たす周波数が固有発振周波数ω
であり、(1) 右辺をF(φ)とした時F(φ)=
0を満たす周波数が増幅自然放出周波数ωである。
[Equation 3] The natural oscillation frequency ω is the frequency that satisfies the above phase condition (1).
a s, (1) F (φ 0) when the right-hand side was the F (φ 0) =
The frequency that satisfies 0 is the amplified spontaneous emission frequency ω a .

【0010】固有発振周波数と異なる周波数が増幅する
機構については、非線形屈折率を有する(すなわち、屈
折率が変わる)媒質であるカー媒質におけるパラメトリ
ック4波混合で説明できるが、ここでは詳しい説明を省
き、結果のみを図21に示す。
The mechanism for amplifying a frequency different from the natural oscillation frequency can be explained by parametric four-wave mixing in a Kerr medium, which is a medium having a non-linear refractive index (that is, the refractive index changes), but detailed description thereof is omitted here. The results are shown in FIG.

【0011】図21は自然放出光とαパラメータの増加
による利得の変化を示しており、図21(b) において、
横軸は発振周波数で固有周波数ωsからのずれに対応す
る。また、縦軸は利得である。図21(b) において、固
有周波数ωsからのずれたところに利得の最大値がある
ので、そこで自然増幅放出(Amplified Spontaneous Emi
ssion)が起こる。この時の電場をEa 、周波数をωaと
している。
FIG. 21 shows changes in gain due to spontaneous emission and an increase in α parameter. In FIG. 21 (b),
The horizontal axis represents the oscillation frequency, which corresponds to the deviation from the natural frequency ωs. The vertical axis is the gain. In Fig. 21 (b), since there is a maximum value of gain at a position deviating from the natural frequency ωs, there is a spontaneous amplified emission (Amplified Spontaneous Emi).
ssion) occurs. The electric field at this time is Ea, and the frequency is ωa.

【0012】非線形性のパラメータαが増加すると周波
数をωaでの利得が増加する。このような自然増幅光の
共振を考慮して、複合共振器に対してレート方程式をた
てると、
As the non-linearity parameter α increases, the gain at the frequency ωa increases. Considering the resonance of such naturally amplified light, if you make a rate equation for the composite resonator,

【数4】 ここでNはキャリア密度、Saは自然増幅のフォトン
数、Esmは固有モードの電場、m=1,2、βは自然放
出係数、τは光子寿命、κは決像係数(ファブリペロ
ーの場合、κ=(1−r)(r3/r2)1/2 c/2
n/Lext、n;屈折率)である。
[Equation 4] Here, N is the carrier density, Sa is the number of photons of natural amplification, Esm is the electric field of the eigenmode, m = 1, 2, β is the spontaneous emission coefficient, τ p is the photon lifetime, and κ is the image resolution coefficient (in the case of Fabry-Perot). , Κ = (1-r 2 ) (r3 / r2) 1/2 c / 2
n / L ext , n; refractive index).

【0013】自然増幅光の電場Eaと固有モードEs2の
離調を変数として、出力パワーの時間発展とパワースペ
クトルの変化を図22に示した。なお、図22に示した
[]内の数字は自然増幅放出光の周波数ωaの周波数離
調の大きさを示す無次元数である。
FIG. 22 shows the time evolution of the output power and the change of the power spectrum with the detuning of the electric field Ea of the naturally amplified light and the eigenmode Es2 as variables. It should be noted that the number in [] shown in FIG. 22 is a dimensionless number indicating the magnitude of frequency detuning of the frequency ωa of the spontaneously amplified emission light.

【0014】準周期解から周期解、カオスへの分岐がみ
られる。式4によればω及びω は外部共振器の結
合効率(反射率と外部共振器長の関数)の関数でもある
ので、これらの状態変数を制御することによって、出力
光強度のゆらぎの状態を変えることができる。
There is a branch from a quasi-periodic solution to a periodic solution and chaos. According to Equation 4, ω a and ω s 2 are also functions of the coupling efficiency (function of reflectance and external cavity length) of the external resonator. Therefore, by controlling these state variables, fluctuations in the output light intensity are controlled. The state of can be changed.

【0015】[0015]

【発明が解決しようとする課題】上述のように、半導体
レーザ素子を用いた複合共振器型の光発生器は外部共振
器の結合効率(反射率と外部共振器長の関数)を制御す
ることによって、出力光強度のゆらぎの状態を変えるこ
とができる。
As described above, in a composite resonator type light generator using a semiconductor laser device, it is necessary to control the coupling efficiency (function of reflectance and external resonator length) of the external resonator. Can change the fluctuation state of the output light intensity.

【0016】そこで、半導体レーザ素子を用いた複合共
振器型の光通信装置においてカオス状態に内在する情報
(周期的な状態)を取り出すことができれば、多値化信
号として伝送に利用でき、有用である。
Therefore, if the information (periodic state) inherent in the chaotic state can be taken out in the composite resonator type optical communication device using the semiconductor laser element, it can be used for transmission as a multilevel signal, which is useful. is there.

【0017】しかしながら、現状では半導体レーザ装置
における外部共振器の結合効率を、再現性良く制御する
手法が見当たらない。
However, at present, there is no method for controlling the coupling efficiency of the external resonator in the semiconductor laser device with good reproducibility.

【0018】そこでこの発明の目的とするところは、半
導体レーザ装置における外部共振器の結合効率を、再現
性良く制御することのできるようにした光カオス制御装
置を提供することにある。
An object of the present invention is to provide an optical chaos control device capable of controlling the coupling efficiency of an external resonator in a semiconductor laser device with good reproducibility.

【0019】[0019]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明は次のように構成した。
In order to achieve the above object, the present invention is configured as follows.

【0020】すなわち、レーザ共振器と、このレーザ共
振器からの出射光を光共振させると共に光強度の時系列
がカオス状態にする外部共振器と、この外部共振器内に
配され、透過光に制御信号対応の変化を与えて光共振効
率を制御する光制御手段と、外部共振器の出射光を検出
する光検出手段と、この光検出手段の検出出力をもと
に、上記カオス状態を周期的な状態に安定化する所定の
時変摂動を与える制御信号を発生する制御手段とを具備
する。
That is, a laser resonator, an external resonator that optically resonates the light emitted from the laser resonator and makes the time series of the light intensity chaotic, and is arranged in the external resonator to transmit light. Based on the detection output of the light control means for controlling the optical resonance efficiency by giving a change corresponding to the control signal, the light emitted from the external resonator, and the detection output of this light detection means, the chaotic state is cycled. Control means for generating a control signal that gives a predetermined time-varying perturbation that stabilizes the normal state.

【0021】[0021]

【作用】このような構成の本装置は、光源であるレーザ
共振器からの出射光を外部共振器により光共振させると
共に、光強度の時系列がカオス状態になされたこの外部
共振器に対して、制御手段から光検出手段の検出出力に
対応した所定の時変摂動を与える制御信号を発生させ、
この制御信号により外部共振器内の光制御手段を制御す
る。光制御手段は透過光に制御信号対応の変化を与えて
光共振効率を制御するものであり、制御信号は上記カオ
ス状態を周期的な状態に安定化するように制御するもの
であるから、これによって外部共振器は効率が制御され
て上記カオス状態を周期的な状態に安定化する。従っ
て、上記時変摂動と安定化させたい周期的な状態との間
に、対応関係を持たせておくことにより、複数種類の周
期的な状態を得るようにスイッチング制御できるように
なる。
In the present apparatus having such a structure, the emitted light from the laser resonator, which is the light source, is optically resonated by the external resonator and the time series of the light intensity is chaotic. A control signal is generated from the control means to give a predetermined time-varying perturbation corresponding to the detection output of the light detection means,
The control signal controls the light control means in the external resonator. The optical control means controls the optical resonance efficiency by giving a change corresponding to the control signal to the transmitted light, and the control signal controls the chaotic state so as to stabilize it in a periodic state. The efficiency of the external resonator is controlled to stabilize the chaotic state in a periodic state. Therefore, by providing a correspondence relationship between the time-varying perturbation and the periodic state to be stabilized, switching control can be performed so as to obtain a plurality of types of periodic states.

【0022】[0022]

【実施例】以下、本発明の実施例について図面を参照し
て説明する。はじめに本発明の原理を説明する。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. First, the principle of the present invention will be described.

【0023】(本発明の原理) [カオス状態に内在する周期的状態]カオスを情報伝送
に利用するには、カオス状態に内在する一つ一つの周期
的軌道をそれぞれ異なる情報の一つとして使用する形態
が考えられる。
(Principle of the Present Invention) [Periodic State Inherent in Chaotic State] To use chaos for information transmission, each periodic orbit inherent in the chaotic state is used as one of different information. There are possible forms.

【0024】そこで、カオス状態に内在する周期的状態
を観察し、カオス状態において周期的軌道に近いモード
が内在することを確認する。それにはカオス軌道の統計
的性質を調べれば良く、これによって、カオス状態にお
いて周期的軌道に近いモードが内在することを確かめる
ことができる。
Therefore, the periodic state inherent in the chaotic state is observed, and it is confirmed that the mode close to the periodic orbit is inherent in the chaotic state. This can be done by examining the statistical properties of chaotic orbits, and it is possible to confirm that there is an inherent mode close to a periodic orbit in the chaotic state.

【0025】その解析のための一般的な手法は、時系列
を時間間隔τの離散数列Siτ、S(i+1)τ,S
(i+2)τ...とみて(図1(a) )、次にこれらを
成分とするベクトルXn=(Snτ、S(n+1)τ
(n+2)τ)を定義し、ベクトル空間に時系列を構成
する(図1(b) )。以下、これを多様体として取り扱
う。すなわち、時間間隔τで離散化した時系列(図1
(a) )から、状態空間に図1(b) に示すような多様体を
構成する。
A general method for the analysis is that the time series is a discrete sequence S i τ, S (i + 1) τ , S of time intervals τ.
(I + 2) τ . . . (FIG. 1 (a)), and then a vector Xn = (S , S (n + 1) τ S having these as components
(N + 2) τ ) and define a time series in the vector space (Fig. 1 (b)). Hereinafter, this is treated as a manifold. That is, a time series discretized at time intervals τ (see FIG.
From (a)), we construct a manifold as shown in Fig. 1 (b) in the state space.

【0026】次に、カオス的な振舞いが見られる時系列
データから構成された三次元の多様体の統計的性質を調
べる。図2(a) にカオス状態の時系列から図1の方法に
よって構成された三次元多様体の二次元投影図を示し
た。
Next, the statistical properties of a three-dimensional manifold composed of time series data showing chaotic behavior will be investigated. Figure 2 (a) shows a two-dimensional projection diagram of a three-dimensional manifold constructed by the method of Figure 1 from a time series of chaotic states.

【0027】図2において、(a) はカオス軌道であり、
(b) はそれに含まれる1周期目部分の軌道、(c) はカオ
ス軌道に含まれる2周期目部分の軌道、(d) はカオス軌
道に含まれる3周期目部分の軌道の図である。
In FIG. 2, (a) is a chaotic orbit,
(b) is a trajectory of the first period included in it, (c) is a trajectory of the second period included in the chaotic orbit, and (d) is a trajectory of the third period included in the chaotic orbit.

【0028】ここで、図2(a) のカオス軌道上の任意の
点である点Xiから出発して
Here, starting from a point Xi which is an arbitrary point on the chaotic orbit of FIG.

【数5】 (但し、kは任意の数)となる点を捜す。k−i=m
(但し、mは回帰間隔)とすると、前述の不等式を満た
す点Xiを(m、ε)の再帰点と呼ぶことにする。この
再帰点の分布を調べてみると図3の様になり、周期的な
分布がみられた。
[Equation 5] (However, k is an arbitrary number). k-i = m
(Where m is the regression interval), the point Xi that satisfies the above inequality is called the recursive point of (m, ε). Examining the distribution of the recursive points, the result is as shown in FIG. 3, and a periodic distribution is observed.

【0029】基本周期をm=125とすると、図2の
(b),(c),(d) はそれぞれ第1、2、3周期の再帰点から
の軌道に相当する。すなわち、図3から明らかなよう
に、図2の(a) に示すカオス軌道の中に、周期軌道に近
い部分が含まれていることがわかる。
Assuming that the basic period is m = 125,
(b), (c), and (d) correspond to the trajectories from the recurrence points of the first, second, and third periods, respectively. That is, as is clear from FIG. 3, it can be seen that the chaotic orbit shown in FIG. 2 (a) includes a portion close to the periodic orbit.

【0030】ここで強調しておきたいことは、このよう
な軌道の両端は一致せず、収束もしないが、一時的には
εの範囲に収まると云うことである。この様な両端点は
サドル点の近傍である。
It should be emphasized here that both ends of such an orbit do not coincide with each other and do not converge, but temporarily fall within the range of ε. Such end points are near the saddle point.

【0031】次に、XiとXi+mの間の変換を線形化
して
Next, the conversion between Xi and Xi + m is linearized.

【数6】 と表し、多様体の接ベクトル空間を構成する。ここでA
はXiと等しい次元を持つ行列で、bは定ベクトルであ
る。ここでは、Xiを3次元のベクトルとしてAをJaco
bi(ヤコビ)行列で置き換えると、
[Equation 6] , And construct the tangent vector space of the manifold. Where A
Is a matrix having the same dimension as Xi, and b is a constant vector. Here, Xi is a three-dimensional vector and A is Jaco
Replacing with the bi (Jacobi) matrix,

【数7】 ここで、F(Xi)は形式的にXiからXi+mへの写像を
表し、F(1) 、F(2)‥はXiの成分X(1) 、X(2)
の変換を行うスカラ関数である。今、F(Xi)は与えられ
ていないので、様々なiの値についてXiとXi+mの
関係から統計的に求めなければならない。実際の方法
は、図2(a) のような多様体において、どの点において
も、接ベクトルの向きが連続的に変化すると考えて、あ
る基準点Xγに隣接する点の接ベクトルの平均値をXr
の接ベクトルの実測値としている。
[Equation 7] Here, F (Xi) formally represents the mapping from Xi to Xi + m, and F (1) , F (2) ... are the components X (1) , X (2) ... of Xi.
Is a scalar function that converts the. Since F (Xi) is not given now, it has to be statistically obtained from the relationship between Xi and Xi + m for various values of i. The actual method is to calculate the average value of the tangent vectors of points adjacent to a certain reference point Xγ, assuming that the direction of the tangent vector continuously changes at any point in the manifold as shown in Fig. 2 (a). Xr
Is taken as the measured value of the tangent vector of.

【0032】このとき、カオス状態では、Jacobi行列の
固有値は正の値及び負の値をそれぞれ少なくとも1個づ
つ持っている。数学的な詳しい説明を省略して、この状
況を図形を使って説明するために、前述のように時系列
から構成された多様体を図4のような断面Fcで切断し
て軌道の断面上での性質、振舞いを調べる。
At this time, in the chaotic state, the eigenvalues of the Jacobi matrix have at least one positive value and at least one negative value. In order to explain this situation graphically by omitting the detailed mathematical description, the manifold composed of the time series as described above is cut along the cross section Fc as shown in FIG. Investigate the properties and behaviors in.

【0033】今、Fc断面の図上で再帰する点をXs,
Xs+1‥とし、隣接する2点間の写像を前と同じ様に
線形化して接ベクトルを求める。Fc断面図上でサドル
点近傍の接ベクトルの状態を図5に示す。ここで接ベク
トルVA 〜VD は図に実線で示した様な流れに沿ってい
る。サドル点Ps を中心に考えると、それぞれの位置で
の接ベクトルVA 〜VD はサドル点Ps に近づく成分v
a,va' と、遠ざかる成分vb,vb' に分解できる。
Now, let the points recursive on the diagram of the Fc cross section be Xs,
Xs + 1 ... And the mapping between two adjacent points is linearized in the same manner as before to obtain the tangent vector. FIG. 5 shows the state of the tangent vector near the saddle point on the Fc sectional view. Here, the tangent vectors VA to VD follow the flow indicated by the solid line in the figure. Considering the saddle point Ps as the center, the tangent vectors VA to VD at the respective positions are components v that approach the saddle point Ps.
It can be decomposed into a, va 'and distant components vb, vb'.

【0034】ここで、サドル点Ps を通過する2本の曲
線L1,L2は、Jacobi行列の固有値をExp(λ)としたとき
に、L1はRe(λ)<0に対応し(但し、Re(λ)は
リアプノフ指数であり、安定性、不安定性の指数であ
る)、サドル点Ps に近づく安定な向きの固有ベクトル
が形成する曲線であり、また、L2はRe(λ)>0に対
応し、サドル点Ps から遠ざかる不安定な向きの固有ベ
クトルが形成する曲線をそれぞれ示している。
Here, regarding the two curves L1 and L2 passing through the saddle point Ps, L1 corresponds to Re (λ) <0 when Re (λ) <0 when the eigenvalue of the Jacobi matrix is Exp (λ). (Λ is a Lyapunov exponent, which is an index of stability and instability), and is a curve formed by an eigenvector in a stable direction approaching the saddle point Ps, and L2 corresponds to Re (λ)> 0. , And a curve formed by an eigenvector in an unstable direction away from the saddle point Ps.

【0035】これは次の様に考えられる。すなわち、全
ての接ベクトルVA 〜VD が安定であれば軌道は周期軌
道に収まってしまうし、また、全ての接ベクトルVA 〜
VDが不安定であれば軌道は無限に発散し、多様体が有
限の空間に収まらない(サドル点の定義)。
This is considered as follows. That is, if all the tangent vectors VA to VD are stable, the orbit will fall within a periodic orbit, and all the tangent vectors VA to VD.
If VD is unstable, the orbit diverges infinitely and the manifold does not fit in a finite space (definition of saddle point).

【0036】このようなサドル点Ps の性質を利用して
次に述べるカオス制御が行える。
The chaos control described below can be performed by utilizing the property of the saddle point Ps.

【0037】[カオス制御]ここでカオス制御を幾何学
的に説明する。図6の(a) に示すように、n個目のデー
タ点ξnがサドル点ξF(p) に近づいたとき、図6の
(b) に示すように、制御変数pに摂動量p′を与え、サ
ドル点ξFを摂動量p′分、調整した点ξF(p+p')にシ
フトさせる。図6の(a) においては、接ベクトルes,
euの方向は実線の向きであり、制御なしでは点線に沿
って運動する。摂動量p′分の摂動を与えた(b) におい
ては、euの方向に関してデータ点ξnとデータ点ξF
の位置関係が逆転するので、ξnの接ベクトルは左下の
向きに修正される。
[Chaos Control] Here, chaos control will be described geometrically. As shown in (a) of FIG. 6, when the nth data point ξn approaches the saddle point ξF (p),
As shown in (b), the perturbation amount p'is given to the control variable p, and the saddle point ξF is shifted by the perturbation amount p'to the adjusted point ξF (p + p '). In FIG. 6A, the connection vector es,
The direction of eu is the direction of the solid line, and moves along the dotted line without control. In (b) where the perturbation amount of p ′ is given, the data points ξn and ξF are related to the direction of eu.
Since the positional relationship of is reversed, the tangent vector of ξn is corrected to the lower left direction.

【0038】その結果、(c) に示すようにデータ点ξn
+1は元のサドル点ξF(p) の形成する固有ベクトルe
sの形成する曲線上にのる。このようにして、ξnをサ
ドル点ξFの近傍に固定するために、制御変数pに微小
な摂動を与えることが、本発明におけるカオス制御の要
点である。
As a result, as shown in (c), the data points ξn
+1 is the eigenvector e formed by the original saddle point ξF (p)
ride on the curve formed by s. Thus, in order to fix ξn in the vicinity of the saddle point ξF, giving a minute perturbation to the control variable p is the main point of chaos control in the present invention.

【0039】このような制御を代数的な形で表すが、一
般にはJacobi行列の2つの固有ベクトルは直交している
とは限らないので、図7に示すような相反ベクトルf
u,fsを代用する。制御パラメータの摂動量p´を計
算するために、本発明においては予め実験的に制御パラ
メータの摂動量の変化に対するサドル点の変化率gを求
めておく。
Although such control is expressed in an algebraic form, in general, the two eigenvectors of the Jacobi matrix are not always orthogonal, so the reciprocal vector f as shown in FIG. 7 is used.
Substitute u and fs. In order to calculate the perturbation amount p ′ of the control parameter, in the present invention, the rate of change g of the saddle point with respect to the change in the perturbation amount of the control parameter is experimentally obtained in advance.

【0040】[0040]

【数8】 この実験的に求められたサドル点の変化率gと、式(8)
の関係から摂動量p′は
[Equation 8] This experimentally obtained rate of change g of the saddle point and equation (8)
From the relation of

【数9】 で与えられる。このような摂動は時間の関数であり、常
にその時々での必要な摂動量を、上記の方法で算出する
必要がある。この様な摂動量制御法を用い、カオス状態
を制御して、1周期及び2周期の不安定周期点(サドル
点)の近傍に軌道を固定した例を図8に示す。図では横
軸に3次元の多様体が切断面を通過した回数を、また、
縦軸に位置をとった。カオス状態を制御することによっ
て、図8のような特有のパターンが得られることから、
これを情報の伝達内容として伝送に利用できる可能性が
伺える。
[Equation 9] Given in. Such a perturbation is a function of time, and it is always necessary to calculate the required perturbation amount at each time by the above method. FIG. 8 shows an example in which the orbit is fixed near the unstable periodic points (saddle points) of one cycle and two cycles by controlling the chaotic state using such a perturbation control method. In the figure, the horizontal axis indicates the number of times the three-dimensional manifold has passed through the cut surface,
The position is taken on the vertical axis. By controlling the chaotic state, a unique pattern as shown in FIG. 8 is obtained,
It can be seen that this can be used for transmission as information transmission content.

【0041】[力学系が確定できない系のカオス制御の
特徴]ここで以上、述べた要点をまとめると、 1) 力学系が確定されない実験データにおいても、そ
の振舞いがカオスであるか否かを調べることができる。 2) 制御の目標点(サドル点)は時系列データで構成
される多様体の統計的な性質を調べることによって見つ
け出すことができる。 3) 時系列データを多様体として取り扱うことによ
り、そこから接ベクトル空間でのベクトルの流れを調
べ、力学系を特徴付ける写像(Jacobi行列)が求められ
る。 4) Jacobi行列の固有値と固有ベクトル、サドル点の
制御パラメータ依存性(式(8))が求まれば制御パラ
メータの摂動量を求めることができる。 5) 摂動量は微小であり、また、時間変数である。 と云った点である。
[Characteristics of chaos control of a system in which a dynamical system cannot be determined] Here, the main points described above are summarized as follows: 1) Whether or not the behavior is chaotic even in experimental data in which a dynamical system is not determined is investigated. be able to. 2) The control target point (saddle point) can be found by examining the statistical properties of the manifold composed of time series data. 3) By treating the time-series data as a manifold, the vector flow in the tangent space is investigated and the mapping (Jacobi matrix) that characterizes the dynamical system is obtained. 4) When the eigenvalues and eigenvectors of the Jacobi matrix and the control parameter dependence of the saddle point (Equation (8)) are obtained, the perturbation amount of the control parameter can be obtained. 5) The amount of perturbation is very small and is a time variable. That is the point.

【0042】本発明は半導体レーザの光非線形性に基づ
く光カオスの実験系において、この様な制御を適用する
ことによって、非線形光学に基づく光カオスによる情報
伝達の応用を図るものであり、以下、実施例を説明す
る。
The present invention is intended for application of information transmission by optical chaos based on nonlinear optics by applying such control in an experimental system of optical chaos based on optical nonlinearity of a semiconductor laser. An example will be described.

【0043】本発明では共振器の光出力をモニタし、共
振器の状態すなわち、固有発振周波数および外部共振器
の結合効率をフィードバック制御することによって、カ
オス状態から準安定な状態を生成する。
In the present invention, the optical output of the resonator is monitored, and the state of the resonator, that is, the natural oscillation frequency and the coupling efficiency of the external resonator are feedback-controlled to generate a metastable state from the chaotic state.

【0044】(第1実施例)第1実施例として半導体レ
ーザの複合共振器でのカオス制御を説明する。
(First Embodiment) As a first embodiment, chaos control in a compound resonator of a semiconductor laser will be described.

【0045】従来例から明らかなように、半導体レーザ
を用いた複合共振器において、外部共振器の結合効率お
よび共振器長に微小な摂動を与えることによって、図8
で示したようなカオス状態の制御が行える。
As is apparent from the conventional example, in the composite resonator using the semiconductor laser, by giving a small perturbation to the coupling efficiency and the resonator length of the external resonator, the structure shown in FIG.
It is possible to control the chaotic state as shown in.

【0046】この外部共振器の結合効率および共振器長
に微小な摂動を与える制御を行うことによって、カオス
状態の制御を実施するシステムを概念的に示すと図9の
様になる。以下はこの概念に基づいた光カオス制御の方
法を示す。
FIG. 9 conceptually shows a system for controlling the chaotic state by controlling the coupling efficiency and the resonator length of the external resonator by giving a slight perturbation. The following shows the method of optical chaos control based on this concept.

【0047】図9は第1実施例にかかる基本構成として
の複合共振型光信号発生器の概略的な構成図を示してお
り、受光器で得られた光強度から外部共振器の状態パラ
メータへの微小な摂動を計算してカオス状態の制御を行
うもので、1は半導体レーザ素子、2は半導体レーザ素
子1の外部共振器である。21は外部共振器2を構成す
るミラーである。
FIG. 9 is a schematic configuration diagram of a composite resonance type optical signal generator as a basic configuration according to the first embodiment. From the light intensity obtained by the photodetector to the state parameter of the external cavity. Is a semiconductor laser device, and 2 is an external resonator of the semiconductor laser device 1. Reference numeral 21 is a mirror forming the external resonator 2.

【0048】ミラー21は半導体レーザ素子1の光軸上
に配置され、半導体レーザ素子1からのレーザ光(レー
ザビーム)をその光軸上で反射して光共振を生ぜしめる
と共に、半導体レーザ素子1のレーザ光出射端面との間
で共振器を構成する。22は共振の状態を調整する結合
効率調整系であり、外部共振器2におけるレーザビーム
出射側光路に設けられている。ミラー21はハーフミラ
ーを使用しており、共振されたレーザ光の一部がこのミ
ラー21を透過して外部への出力レーザビームとなる。
The mirror 21 is arranged on the optical axis of the semiconductor laser element 1, reflects the laser beam (laser beam) from the semiconductor laser element 1 on the optical axis to cause optical resonance, and at the same time, the semiconductor laser element 1 is produced. A resonator is formed between the laser light emitting end face and the. Reference numeral 22 denotes a coupling efficiency adjusting system for adjusting the resonance state, which is provided in the laser beam emitting side optical path in the external resonator 2. A half mirror is used as the mirror 21, and a part of the resonated laser light is transmitted through this mirror 21 and becomes an output laser beam to the outside.

【0049】3は例えばホトダイオード等の受光素子に
よる受光器であり、ミラー21を透過して出射されたレ
ーザビームの光量を検出してフィードバック制御回路4
に与えるものである。また、フィードバック制御回路4
はこの受光器からの検出出力を受けて上記外部共振器の
状態関数に対する摂動量を演算し、外部共振器の結合効
率調整系22に与えて結合効率に摂動を与える制御を行
うものである。
Reference numeral 3 denotes a light receiving device including a light receiving element such as a photodiode, which detects the light amount of the laser beam emitted through the mirror 21 and is fed back to the feedback control circuit 4.
To give to. In addition, the feedback control circuit 4
Receives the detection output from the photodetector, calculates the perturbation amount for the state function of the external resonator, and gives the perturbation to the coupling efficiency adjusting system 22 of the external resonator to perform the perturbation on the coupling efficiency.

【0050】外部共振器2の結合効率に摂動を与えるに
は、共振器中での光の伝播効率を制御する方法と、外部
共振器2の反射率を制御する方法が考えられる。
To give a perturbation to the coupling efficiency of the external resonator 2, a method of controlling the propagation efficiency of light in the resonator and a method of controlling the reflectance of the external resonator 2 can be considered.

【0051】そこで、第1実施例としては前者である光
の伝播効率を制御する方式について説明する。
Therefore, as the first embodiment, the former method of controlling the propagation efficiency of light will be described.

【0052】伝播効率制御の場合は図10に示すよう
に、外部共振器2を構成するミラー21としてレーザ光
出射経路BL1用のハーフミラー21aと、反射経路B
L2用の全反射ミラー21bが設けられる。反射経路B
L2用の全反射ミラー21bはレーザ光出射経路BL1
用のハーフミラー21aの反射したレーザ光を、半導体
レーザ素子1の出射端面側に戻すためのミラーであり、
ハーフミラー21aは半導体レーザ素子1の出射端面側
からレーザ光出射経路BL1を辿って出射されたレーザ
光を一部透過させて外部に出射させ、一部は反射させて
全反射ミラー21bに分配させる。
In the case of controlling the propagation efficiency, as shown in FIG. 10, a half mirror 21a for the laser beam emission path BL1 and a reflection path B are used as the mirror 21 constituting the external resonator 2.
A total reflection mirror 21b for L2 is provided. Reflection path B
The total reflection mirror 21b for L2 has a laser beam emission path BL1.
Is a mirror for returning the laser light reflected by the half mirror 21a for laser light to the emission end face side of the semiconductor laser element 1.
The half mirror 21a partially transmits the laser light emitted from the emission end face side of the semiconductor laser element 1 along the laser light emission path BL1 and emits the laser light to the outside, and partially reflects it to distribute it to the total reflection mirror 21b. .

【0053】半導体レーザ素子1の出射端面側とハーフ
ミラー21aとの間のレーザ光出射経路BL1中に結合
効率調整系22が配置されるが、この結合効率調整系2
2は次の構成としてある。
The coupling efficiency adjusting system 22 is arranged in the laser beam emitting path BL1 between the emitting end face side of the semiconductor laser device 1 and the half mirror 21a.
2 has the following configuration.

【0054】すなわち、半導体レーザ素子1側から順に
偏光子22a、EOM22b、1/4λ位相板22c、
偏光子22dを配設してあり、これらで光の伝播効率を
制御する。偏光子22a,22dは光を偏光するための
ものであり、EOM22bは電気光学変調器で、電場を
加えると屈折率が変わったり、光の吸収率の変わる素子
である。本実施例ではフィードバック制御回路4によ
り、EOM22bを制御することにより、光の伝播効率
を制御するようにする。
That is, the polarizer 22a, the EOM 22b, the 1/4 λ phase plate 22c, and the semiconductor laser device 1 are sequentially arranged from the semiconductor laser device 1 side.
A polarizer 22d is provided to control the light propagation efficiency. The polarizers 22a and 22d are for polarizing light, and the EOM 22b is an electro-optical modulator, which is an element whose refractive index is changed or light absorption is changed when an electric field is applied. In this embodiment, the feedback control circuit 4 controls the EOM 22b to control the light propagation efficiency.

【0055】また、1/4λ位相板22cは、レーザ光
を1/4波長分、位相をシフトするためのものであり、
出射レーザ光と反射されて戻るレーザ光との位相差を発
生させるもので、これにより、光カオス現象を発生させ
る。
The 1 / 4λ phase plate 22c is for shifting the phase of the laser light by 1/4 wavelength.
A phase difference is generated between the emitted laser light and the laser light that is reflected and returned, which causes an optical chaos phenomenon.

【0056】5は反射経路BL2に配されたアイソレー
タで、光を一方向にのみ、通過させるためのもので、逆
行する光を阻止する。6はY字型導波路であり、半導体
レーザ素子1の出射端面側に配置されていて、半導体レ
ーザ素子1の出射端面側とレーザ光出射経路BL1およ
び反射経路BL2とを光学的に結合するためのものであ
る。
Reference numeral 5 denotes an isolator arranged in the reflection path BL2, which is for passing light in only one direction, and blocks backward light. Reference numeral 6 denotes a Y-shaped waveguide, which is arranged on the emission end face side of the semiconductor laser device 1 and optically couples the emission end face side of the semiconductor laser device 1 with the laser light emission path BL1 and the reflection path BL2. belongs to.

【0057】外部共振器2はリング型のものを用いてい
る関係で、光の伝播方向をアイソレ−タ5によって制限
している。
Since the external resonator 2 is a ring type, the propagation direction of light is limited by the isolator 5.

【0058】このような構成において、半導体レーザ素
子1の出射端面側から出射されたレーザ光はY字型導波
路6によりレーザ光出射経路BL1へと送り出され、偏
光子22aで偏光された後、EOM22bを経て1/4
λ位相板22cにより、1/4波長分、位相をシフトさ
れて遅延され、偏光子22dで再び偏光された後、ハー
フミラー21bに至る。ハーフミラー21bではこの到
達したレーザ光を一部は外部に透過させ、一部は全反射
ミラー21bに反射させる。
In such a structure, the laser light emitted from the emission end face side of the semiconductor laser device 1 is sent out to the laser light emitting path BL1 by the Y-shaped waveguide 6 and is polarized by the polarizer 22a. 1/4 via EOM22b
The λ phase plate 22c shifts and delays the phase by a quarter wavelength, and after being polarized again by the polarizer 22d, it reaches the half mirror 21b. The half mirror 21b partially transmits the reached laser light to the outside and partially reflects the laser light to the total reflection mirror 21b.

【0059】全反射ミラー21bではこの反射されてき
たレーザ光を反射経路BL2に戻し、アイソレータ5を
経てY字型導波路6から半導体レーザ素子1の出射端面
側に入射させる。
In the total reflection mirror 21b, the reflected laser light is returned to the reflection path BL2 and is made incident on the emission end face side of the semiconductor laser device 1 from the Y-shaped waveguide 6 via the isolator 5.

【0060】このような経路を辿ることにより、半導体
レーザ素子1から出射された光の一部は戻されて半導体
レーザ素子1との間で光共振現象を起こす。反射経路B
L2にて戻されたレーザ光は、半導体レーザ素子1から
の励起レーザ光と1/4波長分、位相が異なるので、こ
れによって共振状態のレーザ光はカオス状態を呈するこ
とになる。
By following such a path, a part of the light emitted from the semiconductor laser device 1 is returned to cause an optical resonance phenomenon with the semiconductor laser device 1. Reflection path B
Since the laser light returned at L2 has a phase difference of 1/4 wavelength from the excitation laser light from the semiconductor laser element 1, this causes the laser light in the resonance state to exhibit a chaotic state.

【0061】一方、ハーフミラー21bから外部に出射
された出力レーザ光は受光器3により検出されてモニタ
される。受光器3の検出出力はフィードバック制御回路
4に送られ、ここでその値から所要の軌道を得ることの
できるような摂動量(式9に対応する)を計算し、その
求めた摂動量が得られるようなEOM22bの電圧‐屈
折率(または電圧‐光吸収)の特性に応じた必要な電圧
となるような制御量を発生してEOM22bに与える。
On the other hand, the output laser light emitted from the half mirror 21b to the outside is detected and monitored by the light receiver 3. The detection output of the photodetector 3 is sent to the feedback control circuit 4, where a perturbation amount (corresponding to equation 9) that can obtain a desired trajectory is calculated from the value, and the obtained perturbation amount is obtained. The EOM 22b is generated with a control amount that provides a necessary voltage according to the voltage-refractive index (or voltage-light absorption) characteristics of the EOM 22b.

【0062】これにより、EOM22bは当該制御量対
応の電圧が印加されて透過光量が制御され、偏光子22
dを経て、ハーフミラー21bに至る。そして、一部は
反射経路BL2を半導体レーザ素子1の出射端面側に戻
り、共振系の結合効率が調整される。その結果、所要の
摂動量が得られるようになる。
As a result, the EOM 22b is applied with a voltage corresponding to the control amount to control the transmitted light amount, and the polarizer 22
After passing through d, the half mirror 21b is reached. Then, a part of it returns to the emission end face side of the semiconductor laser device 1 along the reflection path BL2, and the coupling efficiency of the resonance system is adjusted. As a result, the required perturbation amount can be obtained.

【0063】このように、図10に示した光伝播効率制
御方式による複合共振型光信号発生器の第1実施例は、
1次の電気光学効果を持つ素子(EOM)で振幅変調を行う
装置を外部共振器内に配置し、ハーフミラー21bから
の出力光をモニタして、その値からEOM22cに印加
する電圧に対する摂動量(式9に対応する)を毎時計算
し、外部共振器の振幅損失量を時間的に変化させ、外部
共振器の結合効率を制御し、前述の式7から式9のアル
ゴリズムに従って、図8で説明したと同様なカオス状態
の制御を行うことができるものである。
As described above, the first embodiment of the composite resonance type optical signal generator according to the optical propagation efficiency control system shown in FIG.
A device that performs amplitude modulation with a first-order electro-optical effect element (EOM) is placed in the external resonator, the output light from the half mirror 21b is monitored, and the perturbation amount with respect to the voltage applied to the EOM 22c is monitored from that value. 8 (corresponding to equation 9) is calculated every hour, the amount of amplitude loss of the external resonator is changed with time, the coupling efficiency of the external resonator is controlled, and according to the algorithm of equations 7 to 9 described above, It is possible to control the chaotic state in the same manner as described above.

【0064】従って、カオス状態から所望の周期での軌
道に制御できることから、カオス制御による情報伝達に
応用可能となる。
Therefore, since it is possible to control the trajectory from the chaotic state to a desired cycle, it can be applied to information transmission by chaos control.

【0065】以上は、偏光子と1次の電気光学効果を持
つ結晶を外部共振器内に配置することにより、外部共振
器全体の反射効率を電気的に制御し時変摂動を与えるよ
うにしたものである。しかし、電気光学結晶の代わりに
非線形光学結晶を用いて外部共振器の効率を光学的に制
御し、時変摂動を与えるようにすることもできるのでこ
の例を次に説明する。
In the above, by arranging the polarizer and the crystal having the first-order electro-optical effect in the external resonator, the reflection efficiency of the entire external resonator is electrically controlled and the time-varying perturbation is given. It is a thing. However, it is also possible to use a nonlinear optical crystal instead of the electro-optical crystal to optically control the efficiency of the external resonator so as to give a time-varying perturbation. This example will be described below.

【0066】(第2実施例)第2実施例は図11に示す
如き構成であり、外部共振器2の振幅損失を制御して結
合効率を調整する方法として、図9,図10で説明した
第1実施例のように、EOMや偏光子を用いる代わり
に、図11に示すように、電圧により振幅透過を可変す
ることができる非線形光学素子(非線形光学効果を有す
る結晶)11を配置し、この非線形光学素子11に制御
用レーザ素子12からのレーザビームを入射させて透過
率を制御する構成とする。
(Second Embodiment) The second embodiment has a structure as shown in FIG. 11 and has been described with reference to FIGS. 9 and 10 as a method of controlling the amplitude loss of the external resonator 2 to adjust the coupling efficiency. Instead of using an EOM or a polarizer as in the first embodiment, as shown in FIG. 11, a non-linear optical element (crystal having a non-linear optical effect) 11 whose amplitude transmission can be varied by voltage is arranged, A laser beam from the control laser element 12 is made incident on the nonlinear optical element 11 to control the transmittance.

【0067】フィードバック制御回路4により、第1実
施例と同様に受光器3の検出出力から、制御用レ−ザ素
子12の必要な光強度を計算して非線形光学素子11の
振幅透過率の時変摂動量を計算し、制御量を求めて制御
用レ−ザ素子12の出力レーザ強度制御による非線形光
学素子11の透過率を制御し、以て外部共振器2の結合
効率を制御する構成としている。
As in the first embodiment, the feedback control circuit 4 calculates the required light intensity of the control laser element 12 from the detection output of the light receiver 3 to determine the amplitude transmittance of the nonlinear optical element 11. As a configuration for calculating the variable perturbation amount, obtaining the control amount, and controlling the transmittance of the nonlinear optical element 11 by controlling the output laser intensity of the controlling laser element 12, thereby controlling the coupling efficiency of the external resonator 2. There is.

【0068】これによっても、図8で説明したと同様な
カオス状態の制御を行うことができる。
This also makes it possible to control the chaotic state as described with reference to FIG.

【0069】以上は外部共振器内に非線形光学結晶を配
置して外部共振器の効率を光学的に制御し、時変摂動を
与えるようにしたものである。
In the above, the nonlinear optical crystal is arranged in the external resonator to optically control the efficiency of the external resonator and to give a time-varying perturbation.

【0070】外部共振器内に半導体レーザ素子を配置
し、外部共振器の効率を電気的に制御し、時変摂動を与
えるようにすることができる。その例を次に第3実施例
として説明する。
It is possible to dispose a semiconductor laser device in the external resonator, electrically control the efficiency of the external resonator, and give a time-varying perturbation. An example thereof will be described below as a third embodiment.

【0071】(第3実施例)この実施例は外部共振器内
に半導体レーザ素子を配置し、この半導体レーザ素子の
注入電流を制御することにより、振幅変調して外部共振
器の効率を電気的に制御するもので、図12に示すよう
に、半導体レ−ザ素子1とは別にもう一つ半導体レ−ザ
素子13を用意し、外部共振器2内にこの半導体レ−ザ
素子13を配置して、この半導体レ−ザ素子13の注入
電流値に対する摂動量を図10の場合と同様な方法でフ
ィードバック制御回路4により計算し、所要の摂動量を
得るべく、半導体レ−ザ素子13の注入電流をこのフィ
ードバック制御回路4により制御して、半導体レ−ザ素
子13に入射する光に対する出射光量の割合を時間的に
変化させ、外部共振器2の結合効率を制御するようにす
る。
(Third Embodiment) In this embodiment, a semiconductor laser element is arranged in an external resonator, and the injection current of the semiconductor laser element is controlled to amplitude-modulate the efficiency of the external resonator electrically. As shown in FIG. 12, another semiconductor laser element 13 is prepared separately from the semiconductor laser element 1, and the semiconductor laser element 13 is arranged in the external resonator 2. Then, the perturbation amount with respect to the injection current value of the semiconductor laser device 13 is calculated by the feedback control circuit 4 in the same manner as in the case of FIG. 10, and in order to obtain the required perturbation amount, the semiconductor laser device 13 The injection current is controlled by the feedback control circuit 4 so that the ratio of the amount of emitted light to the light incident on the semiconductor laser element 13 is temporally changed, and the coupling efficiency of the external resonator 2 is controlled.

【0072】これによっても、図8で説明したと同様な
カオス状態の制御を行うことができる。
This also makes it possible to control the chaotic state as described with reference to FIG.

【0073】(第4実施例)次に外部共振器2の反射率
を制御することにより、外部共振器2の結合効率に摂動
を与えるようにする構成例を第4実施例として説明す
る。
(Fourth Embodiment) A fourth embodiment will be described below as a fourth embodiment in which the reflectance of the external resonator 2 is controlled to give a perturbation to the coupling efficiency of the external resonator 2.

【0074】この例としては、外部共振器2の反射鏡と
して位相共役鏡(PCM)を用いると良い。以下、外部
共振器2の反射鏡として位相共役鏡(PCM)を用い
て、反射率を電気的あるいは光学的に制御して、前述と
同様に外部共振器の結合効率に時変摂動を与え、複合共
振器からのカオス状態の出力光を制御する方法を示す。
In this example, a phase conjugate mirror (PCM) may be used as the reflecting mirror of the external resonator 2. Hereinafter, a phase conjugate mirror (PCM) is used as a reflecting mirror of the external resonator 2 to electrically or optically control the reflectivity to give a time-varying perturbation to the coupling efficiency of the external resonator as described above. A method for controlling output light in a chaotic state from a compound resonator is shown.

【0075】ここで、位相共役鏡は位相共役波(PC
W)を発生させるものであり、位相共役波と云うのは、
ある入射波に対し、それと同一の波面を持ち逆向きに進
む波、すなわち、入射波の時間反転波のことである。入
射波の時間反転波であるが故に、位相共役波を外部共振
器に与えることにより、カオス状態にすることができる
と共に、位相共役鏡の反射率を電気的あるいは光学的に
制御することにより、外部共振器の結合効率に時変摂動
を与えることができる。
Here, the phase conjugate mirror is a phase conjugate wave (PC
W) is generated, and the phase conjugate wave is
It is a wave having the same wavefront as that of an incident wave and traveling in the opposite direction, that is, a time-reversed wave of the incident wave. Since it is a time-reversed wave of the incident wave, by giving the phase conjugate wave to the external resonator, it is possible to make it into a chaotic state, and by electrically or optically controlling the reflectance of the phase conjugate mirror, A time-varying perturbation can be given to the coupling efficiency of the external resonator.

【0076】半導体レ−ザ素子は位相共役波を発生する
デバイスとして知られており、4波混合により位相共役
波を発生するデバイスとして研究されている。そして、
例えば、図13に示すような光学配置で複合共振器2を
構成することができる。
The semiconductor laser device is known as a device which generates a phase conjugate wave, and is studied as a device which generates a phase conjugate wave by four-wave mixing. And
For example, the composite resonator 2 can be configured with an optical arrangement as shown in FIG.

【0077】すなわち、図13において、半導体レ−ザ
素子LD‐1は第1のレ−ザ素子であり、第1乃至第3
実施例での半導体レ−ザ素子1に対応する。また、Mは
ミラーであり、ハーフミラーを使用していて、半導体レ
−ザ素子LD‐1の出射光路上に配置され、一部を反射
し、一部を透過させる。このミラーMは先の実施例のミ
ラー21bに対応する。
That is, in FIG. 13, the semiconductor laser device LD-1 is the first laser device, and
It corresponds to the semiconductor laser device 1 in the embodiment. Further, M is a mirror, which uses a half mirror and is arranged on the emission optical path of the semiconductor laser element LD-1, and reflects a part thereof and allows a part thereof to pass therethrough. This mirror M corresponds to the mirror 21b in the previous embodiment.

【0078】半導体レ−ザ素子LD‐2は位相共役鏡用
のレ−ザ素子であり、ミラーMの反射光路に自己の光軸
を一致させて配置してある。FPはファブリベロー・エ
タロン板による周波数弁別器であり、この周波数弁別器
FPはミラーMを透過したレーザ光を周波数弁別するも
のであり、この周波数弁別されたレーザ光を受光器3は
検出して、光量対応の検出信号を出力する。
The semiconductor laser element LD-2 is a laser element for a phase conjugate mirror, and is arranged with its own optical axis aligned with the reflection optical path of the mirror M. FP is a frequency discriminator using a Fabry-bellow etalon plate. The frequency discriminator FP discriminates the frequency of the laser light transmitted through the mirror M, and the photodetector 3 detects the frequency-discriminated laser light. , And outputs a detection signal corresponding to the light amount.

【0079】フィードバック制御回路4はこの受光器3
からの検出信号をもとに、摂動量を計算し、それに対応
する反射率になる注入電流を求めて、当該電流値の電流
を半導体レ−ザ素子LD‐2に与えるようにしてある。
The feedback control circuit 4 uses the light receiver 3
The perturbation amount is calculated on the basis of the detection signal from, the injection current having the reflectance corresponding to the perturbation amount is calculated, and the current having the current value is given to the semiconductor laser element LD-2.

【0080】ここで、半導体レ−ザ素子LD‐1及びP
CM用半導体レ−ザ素子LD‐2の注入電流が異なるよ
うにしてあり、半導体レ−ザ素子LD‐1からの原発振
レーザ光とPCM用の半導体レ−ザ素子LD‐2からの
位相共役光とは発振波長が異なるようになる。この発振
波長が異なる2種のレーザ光はファブリーペルー・エタ
ロン板(屈折率の異なる媒質を積層して構成した板で、
分光器として作用する)などの周波数弁別器で波長分離
が可能である。そのため、このような周波数弁別器DT
を受光器3の前段に設けて、半導体レ−ザ素子LD‐1
からの出力光のみを検出するようにしてある。
Here, the semiconductor laser devices LD-1 and P
The injection currents of the semiconductor laser element LD-2 for CM are made different, and the original oscillation laser beam from the semiconductor laser element LD-1 and the phase conjugate from the semiconductor laser element LD-2 for PCM are used. The oscillation wavelength is different from that of light. The two types of laser light having different oscillation wavelengths are Fabry-Peru etalon plates (plates formed by stacking media with different refractive indexes,
The wavelength can be separated by a frequency discriminator (such as acting as a spectroscope). Therefore, such a frequency discriminator DT
Is provided in front of the light receiver 3, and the semiconductor laser device LD-1
Only the output light from is detected.

【0081】ところで、PCM用の半導体レ−ザ素子L
D‐2の位相共役波発生率は、当該半導体レ−ザ素子L
D‐2の注入電流に対して図14の様な依存性を示して
いる。この図は位相共役鏡として用いた半導体レ−ザ素
子LD‐2の注入電流と位相共役波発生率の関係を示し
ており、縦軸は位相共役光の発生率を示し、横軸は半導
体レ−ザ素子LD‐2の注入電流を示している。また、
A,B,Cは半導体レ−ザ素子LD‐1のパワーをパラ
メータにとったものである。A,B,Cの順に半導体レ
−ザ素子LD‐1のパワーを強めている。
By the way, a semiconductor laser device L for PCM
The phase conjugate wave generation rate of D-2 is determined by the semiconductor laser device L
FIG. 14 shows the dependency on the injection current of D-2. This figure shows the relationship between the injection current and the phase conjugate wave generation rate of the semiconductor laser element LD-2 used as the phase conjugate mirror, the vertical axis represents the phase conjugate light generation rate, and the horizontal axis represents the semiconductor laser. -Indicates the injection current of the element LD-2. Also,
A, B, and C have the power of the semiconductor laser element LD-1 as a parameter. The power of the semiconductor laser element LD-1 is increased in the order of A, B, and C.

【0082】なお、Pinは半導体レ−ザ素子LD‐2へ
の入射光強度であり、Pcは位相共役光強度、Iは半導
体レ−ザ素子LD‐2の注入電流、Ith-1は半導体レ−
ザ素子LD‐2の発振閾値である。
Pin is the incident light intensity on the semiconductor laser element LD-2, Pc is the phase conjugate light intensity, I is the injection current of the semiconductor laser element LD-2, and Ith-1 is the semiconductor laser. −
It is the oscillation threshold of the element LD-2.

【0083】半導体レ−ザ素子を外部鏡として用いた複
合共振器では、外部鏡の反射率を高速に変化させること
ができるので、外部共振器の状態に高速で時変摂動を与
えることができる。ここで、位相共役光の反射率をR
pcm として結合係数κ、外部共振器の往復時間τを
In the complex resonator using the semiconductor laser element as the external mirror, the reflectance of the external mirror can be changed at high speed, and therefore the state of the external resonator can be time-varying perturbed at high speed. . Here, the reflectance of the phase conjugate light is R
The coupling coefficient κ as the pcm and the round-trip time τ of the external resonator are

【数10】 としてパラメ−タCf を Cf =kτ(1+α1/2 …(11) と定義した場合の、パラメ−タCf に対する出力光強度
ゆらぎの依存性を図15に示す。このような結果から、
半導体レ−ザ素子を位相共役鏡として用いた複合共振器
では、電気的に外部共振器の結合効率を制御できる。従
って、図13に示す構成で外部共振器の反射率を式7乃
至式9と同様なアルゴリズムによってフィードバック制
御すると、光カオスの制御ができる。
[Equation 10] FIG. 15 shows the dependence of the output light intensity fluctuation on the parameter Cf when the parameter Cf is defined as Cf = k [tau] (1+ [alpha] 2 ) 1/2 (11). From these results,
In the composite resonator using the semiconductor laser element as the phase conjugate mirror, the coupling efficiency of the external resonator can be electrically controlled. Therefore, when the reflectance of the external resonator is feedback-controlled by the same algorithm as the equations 7 to 9 in the configuration shown in FIG. 13, the optical chaos can be controlled.

【0084】以上は非線形光学素子の代わりに半導体レ
ーザを反射鏡として用い、反射率を電気的に制御して共
振器の状態に時変摂動を与えるようにしたものである
が、位相共役鏡を用いて反射率を制御することも可能で
ある。例えば、位相共役鏡(PCM)として屈折率が変
わるカー効果を持つような非線形媒質を用いて4波混合
により、位相共役波(PCW)を発生する装置(位相共
役鏡)を使用し、反射率を制御する。
In the above description, a semiconductor laser is used as a reflecting mirror instead of the non-linear optical element, and the reflectance is electrically controlled to give a time-varying perturbation to the state of the resonator. It is also possible to control the reflectance by using it. For example, using a device (phase conjugate mirror) that generates a phase conjugate wave (PCW) by four-wave mixing by using a nonlinear medium having a Kerr effect whose refractive index changes as a phase conjugate mirror (PCM), To control.

【0085】(第5実施例)その例を第5実施例として
説明する。図16に示すように、半導体レーザ素子LD
‐1の光軸上にミラーMを介してカー媒質Mdに入射さ
せ、カー媒質Mdにはポンプ光としてポンプ光用レーザ
素子LD‐P1,LD‐P2よりそれぞれの出射光を与
える。ポンプ光用レーザ素子LD‐P1,LD‐P2は
半導体レーザ素子LD‐1の波長と同波長であり、ポン
プ光用レーザ素子LD‐P1は一定値に制御されるが、
ポンプ光用レーザ素子LD‐P2はフィードバック制御
回路4による注入電流の制御が成されている。
(Fifth Embodiment) An example will be described as a fifth embodiment. As shown in FIG. 16, a semiconductor laser device LD
It is made incident on the Kerr medium Md via the mirror M on the optical axis of −1, and the Kerr medium Md is provided with respective outgoing lights as pump lights from the pump light laser elements LD-P1 and LD-P2. The pump light laser elements LD-P1 and LD-P2 have the same wavelength as the semiconductor laser element LD-1, and the pump light laser element LD-P1 is controlled to a constant value.
In the pump light laser element LD-P2, the injection current is controlled by the feedback control circuit 4.

【0086】図16に示すような配置でレ−ザ素子LD
‐P1,LD‐P2から、ポンプ光をカー媒質Mdに入
射して、半導体レーザ素子LD‐1の出射光の位相共役
波(PCW)を発生させる。ポンプ光用レーザ素子LD
‐P1の出力を一定としたときのポンプ光用レーザ素子
LD‐P2の出力awに対する位相共役鏡(PCM)の
反射率は、図17の様になる。従って、受光器3で受光
した光強度から、前述と同様なアルゴリズムに従って外
部共振器の反射率を制御することにより、図15と同様
な結果が得られ、光カオスの制御ができる。
The laser element LD is arranged in the arrangement shown in FIG.
Pump light is incident on the Kerr medium Md from -P1 and LD-P2 to generate a phase conjugate wave (PCW) of the emitted light of the semiconductor laser element LD-1. Laser element LD for pump light
The reflectance of the phase conjugate mirror (PCM) with respect to the output aw of the pump light laser element LD-P2 when the output of -P1 is constant is as shown in FIG. Therefore, by controlling the reflectance of the external resonator from the light intensity received by the light receiver 3 according to the same algorithm as described above, the same result as in FIG. 15 can be obtained and the optical chaos can be controlled.

【0087】以上、第5実施例は、外部共振器の反射鏡
に非線形光学素子による位相共役鏡を用い、反射率を4
光波混合でコントロールして、共振器の状態に時変摂動
を与えるようにしたものである。次に応用を考える。
As described above, in the fifth embodiment, the phase conjugate mirror having the nonlinear optical element is used as the reflecting mirror of the external resonator, and the reflectance is 4%.
It is controlled by light wave mixing to give a time-varying perturbation to the state of the resonator. Next, consider the application.

【0088】(第6実施例)図13の構成の変形として
光通信への応用を考える。
(Sixth Embodiment) As a modification of the configuration shown in FIG. 13, consider application to optical communication.

【0089】この実施例はファイバ導波路で結合された
共振器を用いたものであり、図18の様にファイバ導波
路Wで結合した2個の半導体レーザ素子LD1,LD2
からなる共振器で双方向で光通信することを考える。2
個の半導体レーザ素子LD1,LD2のうち、LD1は
送信側、LD2は受信側とすると、受信側の半導体レー
ザ素子LD2は位相共役鏡(PCM)としても使用す
る。ファイバ導波路Wで結合した2個の半導体レーザ素
子LD1,LD2からなる共振器で共振させ、位相共役
光(PCW)を発生させることでカオス状態を得る。
This embodiment uses a resonator coupled by a fiber waveguide, and two semiconductor laser elements LD1, LD2 coupled by a fiber waveguide W as shown in FIG.
Consider bidirectional optical communication with a resonator consisting of. Two
Of the semiconductor laser elements LD1 and LD2, if LD1 is the transmitting side and LD2 is the receiving side, the semiconductor laser element LD2 on the receiving side is also used as a phase conjugate mirror (PCM). A chaotic state is obtained by resonating with a resonator composed of two semiconductor laser elements LD1 and LD2 coupled by a fiber waveguide W to generate phase conjugate light (PCW).

【0090】初期状態においては送信側半導体レーザ素
子LD1の固有発信周波数と、位相共役鏡側の半導体レ
ーザ素子LD2の反射率(Rpcm )は共振光強度の時系
列がカオス状態になるように設定しておく。
In the initial state, the natural oscillation frequency of the semiconductor laser element LD1 on the transmission side and the reflectance (Rpcm) of the semiconductor laser element LD2 on the phase conjugate mirror side are set so that the time series of the resonance light intensity is in a chaotic state. Keep it.

【0091】ここで便宜的に半導体レーザ素子LD1を
発信者側、位相共役鏡半導体レーザ素子LDを受信者側
とするものとする。前述のカオス制御は、簡単に云え
ば、カオス状態の時系列データとカオス軌道の不安定周
期点(サドル点)の相対的な位置関係から制御パラメー
タへの微小な時変摂動量を計算し、軌道をサドル点の近
傍に固定することである。
Here, for convenience, it is assumed that the semiconductor laser device LD1 is on the sender side and the phase conjugate mirror semiconductor laser device LD is on the receiver side. In brief, the above-mentioned chaotic control calculates a minute time-varying perturbation amount to the control parameter from the relative positional relationship between the time series data of the chaotic state and the unstable periodic point (saddle point) of the chaotic trajectory, To fix the orbit near the saddle point.

【0092】例えば、発信者側で共振している光強度を
モニタして、前述のカオス制御の方法に従って、各時間
における注入電流の摂動量を求めるようなフィードバッ
ク制御を行い、特定の状態に固定(スイッチング)する
ことが可能であるし(図19(a) ;発信者主導型システ
ム)、一方においては、受信者側で光強度をモニタしな
がら、反射率を同様な仕組みで制御することが可能であ
る(図19(b) ;受信者主導型システム)。
For example, the intensity of light resonating on the sender side is monitored, and feedback control is performed to obtain the perturbation amount of the injection current at each time in accordance with the above-described chaos control method, and fixed to a specific state. (Switching) is possible (Fig. 19 (a); sender-initiated system), and on the other hand, the receiver side can monitor the light intensity while controlling the reflectance with a similar mechanism. It is possible (Fig. 19 (b); recipient-initiated system).

【0093】このようなカオス制御は、別の見方をすれ
ば、カオス状態から特定の状態を想起するような連想ス
イッチである。
From a different point of view, such chaotic control is an associative switch that recalls a specific state from the chaotic state.

【0094】図18の構成の場合は、ファイバ導波路W
で結合した発信者‐受信者は、カオス状態の不安定共振
から周期的な状態を選択することができる例を示してい
る。特に受信者側でカオス状態を観測して制御によって
固有のモードにスイッチングできることは興味深い。
In the case of the configuration of FIG. 18, the fiber waveguide W
The sender-receiver coupled in shows an example where a periodic state can be selected from unstable resonances of chaotic states. In particular, it is interesting to observe the chaotic state on the receiver side and switch to the proper mode by control.

【0095】これは、送られて来るカオス状態の信号に
内在する多重情報から受信者が所望する情報を想起する
ように設計された通信システムである。
This is a communication system designed to recall the information desired by the receiver from the multiple information contained in the transmitted chaotic signal.

【0096】カオスを利用する場合、まず、通信路に送
り出す光信号をカオス状態におき、次に微小な摂動を与
えて周期的な状態を得るようにし、この周期的な状態を
意味ある情報として使用する。光カオスを用いると、状
況に応じて生成する情報が異なってくるところから、通
信の秘密保持にも有用である。
In the case of utilizing chaos, first, the optical signal sent to the communication path is placed in a chaotic state, and then a minute perturbation is given to obtain a periodic state, and this periodic state is used as meaningful information. use. When optical chaos is used, the information generated differs depending on the situation, so it is also useful for confidentiality of communication.

【0097】ここに示した応用例では1次元の時系列情
報の通信について述べたが、その拡張として2次元で時
間的に変化するようなダイナミックな情報の光通信が可
能である。
In the application example shown here, communication of one-dimensional time-series information is described, but as an extension thereof, optical communication of dynamic information that changes in two dimensions with time is possible.

【0098】また、情報を取り出す前の状態およびパラ
メータの摂動量は、通信を行う2者間の距離によって厳
密に制限され、僅かでも状態が異ると同じ情報(周期状
態)が取り出せない。従って、この実施例によって通信
型光コンピュータを実現した場合、情報の守秘が確保で
きる。
Further, the perturbation amount of the state and the parameter before taking out the information is strictly limited by the distance between the two communicating parties, and even if the state is slightly different, the same information (periodic state) cannot be taken out. Therefore, when the communication type optical computer is realized by this embodiment, confidentiality of information can be secured.

【0099】なお、本発明は上述した実施例に限定する
ものではなく、その要旨を変更しない範囲内で適宜変形
して実施し得るものである。
The present invention is not limited to the above-mentioned embodiments, but can be carried out by appropriately modifying it without departing from the scope of the invention.

【0100】以上、種々の実施例について説明したが、
要するに本発明は、光源であるレーザ共振器からの出射
光を光共振させると共に光強度の時系列がカオス状態に
する外部共振器と、この外部共振器内に配され、透過光
に制御信号対応の変化を与えて光共振効率を制御する光
制御手段と、外部共振器の出射光を検出する光検出手段
と、この光検出手段の検出出力をもとに、上記カオス状
態を周期的な状態に安定化する所定の時変摂動を与える
制御信号を発生する制御手段とより構成して、レーザ共
振器からの出射光を外部共振器により光共振させ、光強
度の時系列がカオス状態になされたこの外部共振器に対
して、光検出手段の検出出力に対応した所定の時変摂動
を与える制御信号により外部共振器内の光制御手段を制
御して効率を変化させるようにするものである。
The various embodiments have been described above.
In short, the present invention provides an external resonator that optically resonates the light emitted from the laser resonator that is a light source and makes the time series of the light intensity chaotic, and that is arranged in the external resonator and that controls the transmitted light with a control signal. Of the chaotic state based on the detection output of the optical control means for controlling the optical resonance efficiency by giving the change of The output light from the laser resonator is optically resonated by the external resonator, and the time series of the light intensity is chaotic. Further, the efficiency is changed by controlling the optical control means in the external resonator by a control signal which gives a predetermined time-varying perturbation corresponding to the detection output of the optical detection means to the external resonator. .

【0101】光制御手段は透過光に制御信号対応の変化
を与えて光共振効率を制御するものであり、制御信号は
上記カオス状態を周期的な状態に安定化するように制御
するものであるから、これによる外部共振器の効率制御
によって上記カオス状態を周期的な状態に安定化するこ
とができる。従って、上記時変摂動と安定化させたい周
期的な状態との間に、対応関係を持たせておくことによ
り、複数種類の周期的な状態を得るようにスイッチング
制御できるようになる。
The optical control means controls the optical resonance efficiency by giving a change corresponding to the control signal to the transmitted light, and the control signal controls so as to stabilize the chaotic state in a periodic state. Therefore, the chaotic state can be stabilized to a periodic state by the efficiency control of the external resonator. Therefore, by providing a correspondence relationship between the time-varying perturbation and the periodic state to be stabilized, switching control can be performed so as to obtain a plurality of types of periodic states.

【0102】[0102]

【発明の効果】以上詳述したように本発明によれば、半
導体レーザ装置における外部共振器の結合効率を、再現
性良く制御することができるようになり、これによっ
て、光強度の時系列をカオス状態から、所望の周期的な
安定化状態に制御することができるようになるから、カ
オス状態に内在する情報(周期的な状態)を取り出すこ
とが可能になり、情報伝達の新しい技術として利用可能
になる。
As described in detail above, according to the present invention, it becomes possible to control the coupling efficiency of the external resonator in the semiconductor laser device with good reproducibility. Since it becomes possible to control from the chaotic state to the desired periodic stabilization state, it becomes possible to extract the information (periodic state) that is inherent in the chaotic state, and it is used as a new technology for information transmission. It will be possible.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明の原理を説明するための図であって、時
間間隔τで離散化した時系列と、その時系列から状態空
間に構成した多様体を示す図。
FIG. 1 is a diagram for explaining the principle of the present invention, showing a time series discretized at time intervals τ and a manifold formed from the time series in a state space.

【図2】カオス状態と第1、2、3周期の再帰点からの
軌道を示す図。
FIG. 2 is a diagram showing a chaotic state and trajectories from recursion points of the first, second, and third periods.

【図3】再帰点の分布を示す図。FIG. 3 is a diagram showing a distribution of recursive points.

【図4】時系列から構成した多様体の、切断面での通過
点Xs,Xs+1位置換系から接ベクトルを求める手法
を説明するための図。
FIG. 4 is a diagram for explaining a method of obtaining a tangent vector from a passage point Xs, Xs + 1-position permutation system on a cut surface of a manifold configured from time series.

【図5】切断面上のサドル点とその近傍の接ベクトルの
流れを示す図。
FIG. 5 is a diagram showing a flow of a tangent vector at a saddle point on a cut surface and its vicinity.

【図6】カオス制御の幾何学的解釈(幾何学的イメー
ジ)を説明するための図。
FIG. 6 is a diagram for explaining a geometrical interpretation (geometrical image) of chaos control.

【図7】相反ベクトルを示す図。FIG. 7 is a diagram showing reciprocal vectors.

【図8】本発明の原理を説明するための図であって、制
御摂動量制御法を用い、カオス状態を制御して、1周期
及び2周期の不安定周期点(サドル点)の近傍に軌道を
固定した例を示す図。
FIG. 8 is a diagram for explaining the principle of the present invention, in which a chaotic state is controlled by using a control perturbation amount control method, and the unstable periodic points (saddle points) of one cycle and two cycles are generated in the vicinity thereof. The figure which shows the example which fixed the orbit.

【図9】本発明におけるカオス状態制御システムの概念
図。
FIG. 9 is a conceptual diagram of a chaotic state control system according to the present invention.

【図10】本発明の第1実施例を説明するための図であ
って、外部共振器の結合効率および共振器長に微小な摂
動を与えることによって、カオス状態の制御を行う構成
例を示す図。
FIG. 10 is a diagram for explaining the first embodiment of the present invention, showing a structural example in which a chaotic state is controlled by giving a small perturbation to the coupling efficiency and the resonator length of an external resonator. Fig.

【図11】本発明の第2実施例を説明するための図であ
って、非線形光学結晶を用いて外部共振器の効率を光学
的に制御し、時変摂動を与えるようにする構成例を示す
図。
FIG. 11 is a diagram for explaining the second embodiment of the present invention, which is a configuration example in which a nonlinear optical crystal is used to optically control the efficiency of an external resonator and to give a time-varying perturbation. FIG.

【図12】本発明の第3実施例を説明するための図であ
って、外部共振器内に半導体レーザ素子を配置し、外部
共振器の効率を電気的に制御し、時変摂動を与えるよう
にする構成例を示す図。
FIG. 12 is a view for explaining the third embodiment of the present invention, in which a semiconductor laser device is arranged in an external resonator, the efficiency of the external resonator is electrically controlled, and a time-varying perturbation is given. FIG.

【図13】本発明の第4実施例を説明するための図であ
って、外部共振器の反射率を制御することにより、外部
共振器の結合効率に摂動を与えるようにする構成例を示
す図。
FIG. 13 is a diagram for explaining the fourth embodiment of the present invention, showing a structural example in which the coupling efficiency of the external resonator is perturbed by controlling the reflectance of the external resonator. Fig.

【図14】位相共役鏡として用いた半導体レーザ素子L
D‐2の注入電流と位相共役波発生率の関係を示す図。
FIG. 14 is a semiconductor laser device L used as a phase conjugate mirror.
The figure which shows the relationship of the injection current of D-2, and a phase conjugate wave generation rate.

【図15】PCMの反射効率の関数Cfと出力光強度の
ゆらぎの関係を示す図。
FIG. 15 is a diagram showing the relationship between the reflection efficiency function Cf of PCM and the fluctuation of output light intensity.

【図16】本発明の第5実施例であって、4波混合によ
る位相共役波発生率を制御して外部共振器の効率に時変
摂動を与えるようにする場合の構成例を示す図。
FIG. 16 is a diagram showing an example of the configuration of the fifth embodiment of the present invention, in which the phase conjugate wave generation rate by four-wave mixing is controlled to give a time-varying perturbation to the efficiency of the external resonator.

【図17】本発明の第5実施例におけるポンプ光用レー
ザ素子LD‐P2の出力と反射率の関係を示す図。
FIG. 17 is a diagram showing the relationship between the output and the reflectance of the pump light laser element LD-P2 in the fifth embodiment of the present invention.

【図18】本発明の第6実施例であって、外部鏡に位相
共役鏡として半導体レーザ素子を用いたファイバ導波路
型複合共振器の概念図。
FIG. 18 is a conceptual diagram of a fiber waveguide type composite resonator using a semiconductor laser element as a phase conjugate mirror as an external mirror, which is a sixth embodiment of the present invention.

【図19】本発明の第6実施例である光カオス制御を用
いた通信システムの概念図であって、発信者主導型シス
テムおよび受信者主導型システムを示す図。
FIG. 19 is a conceptual diagram of a communication system using optical chaos control according to a sixth embodiment of the present invention, showing a sender-initiated system and a receiver-initiated system.

【図20】従来例を説明するための図で、複合共振器の
例を示す図。
FIG. 20 is a diagram for explaining a conventional example and is a diagram showing an example of a composite resonator.

【図21】自然放出光とαパラメータの増加による利得
の変化の関係を示す図。
FIG. 21 is a diagram showing the relationship between spontaneous emission and a change in gain due to an increase in α parameter.

【図22】複合共振器の固有発振周波数ωsと自然増幅
放出光の周波数ωaの周波数離調に対する発振出力光強
度のゆらぎの変化および対応するパワースペクトルを示
す図。
FIG. 22 is a diagram showing a change in fluctuation of the oscillation output light intensity with respect to the frequency detuning of the natural oscillation frequency ωs of the composite resonator and the frequency ωa of the spontaneously amplified emission light, and the corresponding power spectrum.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1,13…半導体レーザ素子 2…外部共振器 3…受光器 4…フィードバ
ック制御回路 5…アイソレータ 6…Y字型導波
路 11…非線形光学素子 12…制御用レ
ーザ素子 21,M…ミラー 21a…ハーフ
ミラー 21b…全反射ミラー 22…結合効率
調整系 22a,22d…偏光子 22b…EOM
(電気光学変調器) 22c…1/4λ位相板 FP…ファブリ
ベロー・エタロン板 BL1…レーザ光出射経路 BL2…反射経
路 LD1,LD‐1…半導体レーザ素子 LD2,LD‐2…位相共役鏡(PCM)用の半導体レ
ーザ素子 W…ファイバ導波路 Md…カー媒質 LD‐P1,LD‐P2…ポンプ光用レーザ素子。
1, 13 ... Semiconductor laser element 2 ... External resonator 3 ... Photodetector 4 ... Feedback control circuit 5 ... Isolator 6 ... Y-shaped waveguide 11 ... Nonlinear optical element 12 ... Control laser element 21, M ... Mirror 21a ... Half Mirror 21b ... Total reflection mirror 22 ... Coupling efficiency adjustment system 22a, 22d ... Polarizer 22b ... EOM
(Electro-optic modulator) 22c ... 1/4 lambda phase plate FP ... Fabry-bellow etalon plate BL1 ... Laser light emission path BL2 ... Reflection path LD1, LD-1 ... Semiconductor laser device LD2, LD-2 ... Phase conjugate mirror (PCM) ) Semiconductor laser element W ... Fiber waveguide Md ... Kerr medium LD-P1, LD-P2 ... Laser element for pump light.

─────────────────────────────────────────────────────
─────────────────────────────────────────────────── ───

【手続補正書】[Procedure amendment]

【提出日】平成6年1月26日[Submission date] January 26, 1994

【手続補正1】[Procedure Amendment 1]

【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement

【補正対象項目名】特許請求の範囲[Name of item to be amended] Claims

【補正方法】変更[Correction method] Change

【補正内容】[Correction content]

【特許請求の範囲】[Claims]

【手続補正2】[Procedure Amendment 2]

【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement

【補正対象項目名】0003[Name of item to be corrected] 0003

【補正方法】変更[Correction method] Change

【補正内容】[Correction content]

【0003】ところで、カオスは非線形において生じ
る現象であり、線形では起こり得ない。
By the way, chaos is a phenomenon that occurs in a nonlinear system and cannot occur in a linear system .

【手続補正3】[Procedure 3]

【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement

【補正対象項目名】0004[Correction target item name] 0004

【補正方法】変更[Correction method] Change

【補正内容】[Correction content]

【0004】一方、物理学の分野において、半導体に着
目して見ると、半導体材料自体は非線形光学素子として
も既に研究されており、カオス研究の対象となってい
る。線形光システムにおいては、振幅、位相、方向、
波長などの多数の自由度を持つ光ビームが非線形に相互
作用して、複雑かつ多次元な光パターン発生を伴う光カ
オスが現われる場合が多いので、これを光通信や光信号
処理に利用できる可能性を秘めている。
On the other hand, in the field of physics, focusing on semiconductors, the semiconductor material itself has already been studied as a non-linear optical element and is the subject of chaos research. In the non-linear optical system, an amplitude, phase, direction,
Since optical beams with a large number of degrees of freedom such as wavelength interact non-linearly and complex and multidimensional optical pattern generation often appears, this can be used for optical communication and optical signal processing. Has sex.

【手続補正4】[Procedure amendment 4]

【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement

【補正対象項目名】0012[Correction target item name] 0012

【補正方法】変更[Correction method] Change

【補正内容】[Correction content]

【0012】非線形性のパラメータαが増加すると周波
数ωaでの利得が増加する。このような自然増幅光の共
振を考慮して、複合共振器に対してレート方程式をたて
ると、
As the non-linearity parameter α increases, the gain at the frequency ωa increases. Considering the resonance of such naturally amplified light, if you make a rate equation for the composite resonator,

【数4】 ここでNはキャリア密度、Saは自然増幅のフォトン
数、Esmは固有モードの電場、(m=1,2)、βは自
然放出係数、τpは光子寿命、κは決像係数(ファブリ
ペローの場合、κ=(1−r2 )(r3 /r2 )1/2
/2n/Lext 、n屈折率)である。
[Equation 4] Here, N is the carrier density, Sa is the number of photons for spontaneous amplification, Esm is the eigenmode electric field, (m = 1, 2), β is the spontaneous emission coefficient, τ p is the photon lifetime, and κ is the image resolution coefficient (Fabry-Perot). In the case of κ = (1-r2) (r3 / r2) 1/2 c
/ 2n / L ext , where n is the refractive index).

【手続補正5】[Procedure Amendment 5]

【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement

【補正対象項目名】0014[Correction target item name] 0014

【補正方法】変更[Correction method] Change

【補正内容】[Correction content]

【0014】4によればωaおよびωs2は外部共振
器の結合効率(反射率と外部共振器長の関数)の関数で
もあるので、これらの状態変数を制御することによっ
て、出力光強度のゆらぎの状態の準周期解から周期解、
カオスへの分岐がみられる。
According to the equation ( 4), ωa and ωs2 are also functions of the coupling efficiency (function of reflectance and external cavity length) of the external resonator. Therefore, by controlling these state variables, fluctuations in the output light intensity are obtained. Quasi-periodic solution of the state of
There is a branch to chaos.

【手続補正6】[Procedure correction 6]

【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement

【補正対象項目名】0017[Correction target item name] 0017

【補正方法】変更[Correction method] Change

【補正内容】[Correction content]

【0017】しかしながら、上述の場合、光共振器の結
合効率をどれくらい変化させれば、結果として、出力光
強度のゆらぎの状態がどれくらい変化すると云うような
一般則がないため、現状では半導体レーザ装置における
外部共振器の結合効率を目的とする状態に制御すること
ができなかった。
However, in the above case, the connection of the optical resonator is
How much the combination efficiency is changed will result in the output light.
How much does the fluctuation of intensity change?
Since there is no general rule, it has not been possible at present to control the coupling efficiency of the external resonator in the semiconductor laser device to a desired state .

【手続補正7】[Procedure Amendment 7]

【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement

【補正対象項目名】0018[Correction target item name] 0018

【補正方法】変更[Correction method] Change

【補正内容】[Correction content]

【0018】そこでこの発明の目的とするところは、半
導体レーザ装置における外部共振器の結合効率を、結果
として所望の出力が得られる分だけ制御することのでき
るようにした光カオス制御装置を提供することにある。
[0018] Therefore it is an object of the present invention, the coupling efficiency of the external cavity in the semiconductor laser device, results
Another object of the present invention is to provide an optical chaos control device capable of controlling as much as a desired output can be obtained .

【手続補正8】[Procedure Amendment 8]

【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement

【補正対象項目名】0020[Correction target item name] 0020

【補正方法】変更[Correction method] Change

【補正内容】[Correction content]

【0020】すなわち、レーザ共振器と、このレーザ共
振器からの出射光を光共振させると共に光強度の時系列
カオス状態にする外部共振器と、この外部共振器内に
配され、透過光に制御信号対応の変化を与えてレーザ共
振器への結合効率を制御する光制御手段と、外部共振器
の出射光を検出する光検出手段と、この光検出手段の検
出出力をもとに、上記カオス状態を周期的な状態に安定
化する所定の時変摂動を与える制御信号を発生する制御
手段とを具備する。
That is, the laser resonator and the light emitted from the laser resonator are optically resonated and the time series of the light intensity is obtained.
An external resonator to chaotic state, the disposed outside resonator, laser co giving change in the control signal corresponding to the transmitted light
A light control means for controlling the coupling efficiency to the resonator, a light detection means for detecting the light emitted from the external resonator, and a stable output of the chaotic state based on the detection output of the light detection means. And a control means for generating a control signal that gives a predetermined time-varying perturbation.

【手続補正9】[Procedure Amendment 9]

【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement

【補正対象項目名】0056[Correction target item name] 0056

【補正方法】変更[Correction method] Change

【補正内容】[Correction content]

【0056】5は反射経路BL2に配されたアイソレー
タで、光を一方向にのみ、通過させるためのもので、逆
行する光を阻止する。6はY字型導波路であり、半導体
レーザ素子1の出射端面側に配置されていて、半導体レ
ーザ素子1の出射端面側とレーザ光出射経路BL1およ
び反射経路BL2とを光学的に結合するためのものであ
る。このY字型導波路6をハーフミラー等で構成しても
良い。
Reference numeral 5 denotes an isolator arranged in the reflection path BL2, which is for passing light in only one direction, and blocks backward light. Reference numeral 6 denotes a Y-shaped waveguide, which is arranged on the emission end face side of the semiconductor laser device 1 and optically couples the emission end face side of the semiconductor laser device 1 with the laser light emission path BL1 and the reflection path BL2. belongs to. The Y-shaped waveguide 6 may be composed of a half mirror or the like.

【手続補正10】[Procedure Amendment 10]

【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement

【補正対象項目名】0060[Correction target item name] 0060

【補正方法】変更[Correction method] Change

【補正内容】[Correction content]

【0060】このような経路を辿ることにより、半導体
レーザ素子1から出射された光の一部は戻されて半導体
レーザ素子1中で非線形相互作用を起こす。これによっ
て、共振状態のレーザ光はカオス状態を呈することにな
る。
By following such a path, a part of the light emitted from the semiconductor laser device 1 is returned and a nonlinear interaction occurs in the semiconductor laser device 1. By this
As a result, the laser light in the resonance state exhibits a chaotic state.

【手続補正11】[Procedure Amendment 11]

【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement

【補正対象項目名】0070[Name of item to be corrected] 0070

【補正方法】変更[Correction method] Change

【補正内容】[Correction content]

【0070】電気光学結晶の代わりに、外部共振器内に
半導体レーザ素子を配置し、外部共振器の効率を電気的
に制御することによっても、時変摂動を与えるようにす
ることができる。その例を次に第3実施例として説明す
る。
[0070] Instead of the electro-optic crystal, the semiconductor laser element is placed in the external resonator and by electrically controlling the efficiency of the external resonator, it is possible to provide a varying perturbation time. An example thereof will be described below as a third embodiment.

【手続補正12】[Procedure Amendment 12]

【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement

【補正対象項目名】0091[Correction target item name] 0091

【補正方法】変更[Correction method] Change

【補正内容】[Correction content]

【0091】ここで便宜的に半導体レーザ素子LD1を
発信者側、位相共役鏡半導体レーザ素子LDを受信者側
とするものとする。前述のカオス制御は、簡単に云え
ば、状態空間におけるカオス状態の時系列デ−タとカオ
ス軌道の不安定周期点(サドル点)の相対的な位置関係
から制御パラメータへの微小な時変摂動量を計算し、喜
軌道をサドル点の近傍に固定することである。
Here, for convenience, it is assumed that the semiconductor laser device LD1 is on the sender side and the phase conjugate mirror semiconductor laser device LD is on the receiver side. In brief, the above-mentioned chaotic control is a minute time-varying perturbation from the relative positional relationship between the time series data of the chaotic state in the state space and the unstable periodic point (saddle point) of the chaotic trajectory to the control parameter. To calculate the quantity and fix the orbit around the saddle point.

【手続補正13】[Procedure Amendment 13]

【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement

【補正対象項目名】0096[Correction target item name] 0096

【補正方法】変更[Correction method] Change

【補正内容】[Correction content]

【0096】カオスを利用する場合、まず通信路に送り
出す光信号をカオス状態におき、次に微小な摂動を与え
て周期的な状態を得るようにし、この周期的な状態を意
味のある情報として使用する。
In the case of utilizing chaos, first, the optical signal sent to the communication path is placed in a chaotic state, and then a minute perturbation is given to obtain a periodic state, and this periodic state is used as meaningful information. use.

【手続補正14】[Procedure Amendment 14]

【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement

【補正対象項目名】0100[Correction target item name] 0100

【補正方法】変更[Correction method] Change

【補正内容】[Correction content]

【0100】以上、種々の実施例について説明したが、
要するに本発明は、光源であるレーザ共振器からの出射
光を光共振させると共に光強度の時系列カオス状態に
する外部共振器と、この外部共振器内に配され、透過光
に制御信号対応の変化を与えて光共振効率を制御する光
制御手段と、外部共振器の出射光を検出する光検出手段
と、この光検出手段の検出出力をもとに、上記カオス状
態を様々な周期的な状態に安定化する所定の時変摂動を
与える制御信号を発生する制御手段とより構成して、レ
ーザ共振器からの出射光を外部共振器により光共振さ
せ、光強度の時系列がカオス状態になされたこの外部共
振器に対して、光検出手段の検出出力に対応した所定の
時変摂動を与える制御信号により外部共振器内の光制御
手段を制御して効率を変化させるようにしたものであ
る。
The various embodiments have been described above.
In short, the present invention provides an external resonator that optically resonates the light emitted from the laser resonator that is the light source and sets the time series of the light intensity to a chaotic state, and that is arranged in the external resonator and that controls the transmitted light by a control signal. and light control means for controlling the optical resonant efficiency giving a change in a light detecting means for detecting the emitted light of the external cavity, based on the detection output of the light detecting means, various periodic the chaos The laser light emitted from the laser resonator is optically resonated by the external resonator, and the time series of the light intensity is in a chaotic state. A control signal that gives a predetermined time-varying perturbation corresponding to the detection output of the photodetecting means to the external resonator made to change the efficiency by controlling the optical controlling means in the external resonator. Is.

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 レーザ共振器と、 このレーザ共振器からの出射光を光共振させると共に光
強度の時系列がカオス状態にする外部共振器と、 この外部共振器内に配され、透過光に制御信号対応の変
化を与えて光共振効率を制御する光制御手段と、 外部共振器の出射光を検出する光検出手段と、 この光検出手段の検出出力をもとに、上記カオス状態を
周期的な状態に安定化する所定の時変摂動を与える制御
信号を発生する制御手段と、 を具備して構成することを特徴とする光カオス制御装
置。
1. A laser resonator, an external resonator that optically resonates the light emitted from the laser resonator and makes the time series of the light intensity chaotic, and is disposed in the external resonator to transmit light. A light control means for controlling the optical resonance efficiency by giving a change corresponding to the control signal, a light detection means for detecting the light emitted from the external resonator, and a cycle of the chaotic state based on the detection output of the light detection means. And a control means for generating a control signal that gives a predetermined time-varying perturbation that stabilizes the optical chaos.
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Cited By (4)

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