1、論文針對(duì)光纖環(huán)形激光器（FRL）在工程應(yīng)用中出現(xiàn)的復(fù)雜多模動(dòng)態(tài)現(xiàn)象，通過(guò)改進(jìn)多通道實(shí)時(shí)頻域觀(guān)測(cè)手段，突破傳統(tǒng)激光動(dòng)力學(xué)測(cè)量技術(shù)的頻域限制，將人們對(duì)FRL非線(xiàn)性動(dòng)力學(xué)特性的認(rèn)識(shí)從低維拓展至高維，揭示了模式個(gè)體行為與集群行為之間的復(fù)雜關(guān)聯(lián)及內(nèi)在物理機(jī)制。
　　激光頻域動(dòng)力學(xué)問(wèn)題是光學(xué)復(fù)雜系統(tǒng)研究領(lǐng)域的一大難題。FRL是典型的大自由度光學(xué)復(fù)雜系統(tǒng)，具有復(fù)雜跳模、高維混沌等非線(xiàn)性模式動(dòng)態(tài)行為。現(xiàn)有的理論模型及測(cè)量手段大多只關(guān)注密集模式群落

2、的整體行為，而忽視了模式個(gè)體行為；這一降維處理方式丟失了大量的頻域模式動(dòng)態(tài)信息，導(dǎo)致跳模抑制、高維頻域混沌產(chǎn)生及控制等頻域非線(xiàn)性動(dòng)力學(xué)問(wèn)題無(wú)法得到有效處理。要解決這些問(wèn)題，需在理論上建立包含密集縱模間相互作用與耦合機(jī)制的物理模型，更需發(fā)展多模激光模式動(dòng)態(tài)行為測(cè)量的實(shí)驗(yàn)手段。
　　論文以摻鉺光纖環(huán)形激光器（EDFRL）作為研究對(duì)象，通過(guò)引入密集縱模間的交叉耦合系數(shù)，并考慮鉺離子對(duì)猝滅效應(yīng)而引入額外自由度，建立了雙模及多模光纖激光頻域

3、動(dòng)力學(xué)模型，可有效描述頻域內(nèi)大量模式的個(gè)體行為及集群行為，在理論上重現(xiàn)了頻域高維動(dòng)力系統(tǒng)所特有的多模動(dòng)態(tài)特性。仿真結(jié)果表明，通過(guò)改變離子對(duì)濃度或抽運(yùn)系數(shù)，所有模式可通過(guò)陣發(fā)、倍周期分岔、準(zhǔn)周期等途徑同步進(jìn)入混沌，關(guān)聯(lián)維數(shù)高達(dá)5.1。
　　為實(shí)驗(yàn)獲取光纖激光多模動(dòng)態(tài)信息，提出一種基于光學(xué)外差和時(shí)頻分析技術(shù)（OH-JTFA）的頻域動(dòng)態(tài)測(cè)量方法，實(shí)現(xiàn)了EDFRL密集模式頻率及強(qiáng)度多參量時(shí)間序列的同步提取，頻率分辨率在kHz量級(jí)。分別考察

4、了單FBG選模EDFRL、自組織反饋 EDFRL、調(diào)制型混沌 EDFRL等三類(lèi)光纖激光系統(tǒng)的頻域動(dòng)態(tài)特性，以揭示模式個(gè)體行為與群體行為間的復(fù)雜互動(dòng)及演化規(guī)律。
　　單FBG選模EDFRL常被認(rèn)為是最典型的單波長(zhǎng)激光系統(tǒng)，實(shí)際上在選模通道內(nèi)寄居上百個(gè)本征模式，自由運(yùn)轉(zhuǎn)條件下輸出非穩(wěn)態(tài)多縱模（MLM）。通過(guò)采用OH-JTFA方法，首次清晰測(cè)得該類(lèi)EDFRL輸出密集多模呈現(xiàn)的豐富局域動(dòng)態(tài)現(xiàn)象，發(fā)現(xiàn)模式群落整體行為處于光強(qiáng)穩(wěn)態(tài)時(shí)，模式個(gè)體

5、行為可呈現(xiàn)典型的混沌特征。
　　自組織反饋EDFRL在腔內(nèi)引入飽和吸收體形成超窄帶自適應(yīng)光柵，理論上可始終保持單縱模（SLM）穩(wěn)定輸出。然而，真實(shí)激光器存在多類(lèi)型的跳模現(xiàn)象，受限于常規(guī)跳模檢測(cè)手段，而無(wú)法有效獲取跳模全過(guò)程的關(guān)鍵信息。通過(guò)采用OH-JTFA方法，實(shí)現(xiàn)了對(duì)跳模全動(dòng)態(tài)過(guò)程的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，跳模過(guò)程由時(shí)頻瀑布圖直觀(guān)呈現(xiàn)，首次無(wú)失真地獲取到跳模瞬態(tài)過(guò)程的所有物理參量。
　　調(diào)制型混沌EDFRL通過(guò)引入一個(gè)自由度，使總光強(qiáng)呈

6、混沌輸出，是典型的低維混沌系統(tǒng)。同樣，該系統(tǒng)輸出光場(chǎng)包含大量密集縱模，當(dāng)總光強(qiáng)輸出為混沌態(tài)時(shí)頻域內(nèi)各模式動(dòng)態(tài)特性及演化規(guī)律迄今仍不清楚。通過(guò)提高OH-JTFA的頻域分辨率，同步提取出單個(gè)模式頻率、譜線(xiàn)及光強(qiáng)等多參量時(shí)間演化特性；發(fā)現(xiàn)當(dāng)總光強(qiáng)為低維混沌輸出時(shí)，單個(gè)模式在頻域上出現(xiàn)頻率調(diào)制及譜線(xiàn)加寬現(xiàn)象、在強(qiáng)度上呈現(xiàn)高維混沌或隨機(jī)特征。
　　論文中得到的重要實(shí)驗(yàn)結(jié)果及創(chuàng)新點(diǎn)主要包括以下三個(gè)方面：
　　1、通過(guò)OH-JTFA方法在

7、單FBG MLM-EDFRL中發(fā)現(xiàn)了一類(lèi)大自由度非線(xiàn)性動(dòng)力系統(tǒng)所特有的動(dòng)態(tài)現(xiàn)象。測(cè)量結(jié)果表明，局域模式產(chǎn)生了總光強(qiáng)所無(wú)法呈現(xiàn)的頻域動(dòng)態(tài)行為，包括模式自脈沖、模式反相動(dòng)態(tài)、混沌多模振蕩、隨機(jī)多模振蕩等。
　　2、利用OH-JTFA方法首次獲得了自組織反饋SLM-EDFRL典型跳模及瞬時(shí)多模振蕩演化過(guò)程的時(shí)頻瀑布圖。本方法是迄今唯一能實(shí)現(xiàn)同步提取EDFRL跳模持續(xù)時(shí)間、跳模間距與方向、參與競(jìng)爭(zhēng)的模式數(shù)量、模式強(qiáng)度演化等跳模參數(shù)的頻域測(cè)

8、量手段，為深入理解模式失穩(wěn)及動(dòng)態(tài)機(jī)理提供了更全面的觀(guān)測(cè)手段，具有重要的參考價(jià)值。
　　3、通過(guò)提高 OH-JTFA的頻域分辨率，考察了抽運(yùn)調(diào)制型混沌光纖激光系統(tǒng)的頻域動(dòng)力學(xué)特性，發(fā)現(xiàn)了總光強(qiáng)表現(xiàn)為典型的低維混沌時(shí)，頻域內(nèi)存在的大量縱模表現(xiàn)出極為復(fù)雜的高維動(dòng)態(tài)特性。對(duì)各模式進(jìn)行的非線(xiàn)性時(shí)間序列分析表明具有混沌特性的模式與具有隨機(jī)演化特性的模式在總的低維混沌下共存。在此基礎(chǔ)上，進(jìn)一步探討了利用混沌光纖激光器頻域內(nèi)的大量混沌/隨機(jī)模式作