1.1 混沌激光特性

半导体激光器作为一个非线性系统，其输出可分为稳态、非稳态和混沌态三种形式。当半导体激光器受到扰动时，在特定的条件下其输出为混沌态，此时输出（光强、波长、相位）在时域上不再是稳态，而是类似噪声的随机变化。此时激光器的动态特性同样可以由确定的速率方程来描述，但因对初始条件的极度敏感性使得输出是随机变化的 ^[4-5] 。

早在1980年，日本研究者就已经发现外部光反馈会引起半导体激光器的非稳定性和混沌 ^[6] 。但是，在早期的研究中，研究者都侧重于研究如何保持激光器稳态工作，抑制激光器的噪声和不稳定输出 ^[7-8] 。1980—1990年，人们逐渐清楚了光反馈（及光注入）激光器的动态特性，发现了激光器从低频起伏到混沌态，从倍周期到混沌的演变过程 ^[9-13] 。直到1990年，美国马里兰（Maryland）大学 ^[14] 和美国海军实验室 ^[15] 的研究者们相继提出了混沌控制和混沌同步的概念，启示人们认识到混沌激光可能有着重要的应用。

混沌激光的特性如图1-1所示。图1-1（a）为混沌激光的光谱图，与一般连续激光相比，混沌激光表现出较宽的光谱特性，具有较低的相干性；在频域上对应的功率谱具有平坦、宽带的特性，如图1-1（b）所示；时序上表现为类噪声的随机变化，如图1-1（c）所示；其相图为混沌吸引子，表明混沌激光产生过程是一个随机过程，如图1-1（d）所示。