Kaoottiset laserdiodit

Abstract

Tässä kandidaatintyössä tarkastellaan kaoottisten laserdiodien dynamiikkaa ja niiden sovelluksia. Työssä käsitellään ensin kaaosteorian perusteita Lorenzin yhtälöiden avulla ja osoitetaan niiden yhteys lasereiden matemaattisiin malleihin. Lasereiden käyttäytymistä kuvataan nopeusyhtälöiden avulla, ja työssä keskitytään erityisesti puolijohdelasereihin, joiden dynaaminen vaste mahdollistaa kaoottisen käyttäytymisen tietyissä olosuhteissa. Kaoottisen dynamiikan synnyttämiseen laserdiodissa on useita menetelmiä, joista tässä työssä tarkastellaan optista takaisinkytkentää ja sähköistä modulaatiota. Näillä tavoilla voidaan lisätä järjestelmän vapausasteita, joka voi johtaa monimutkaisiin epälineaarisiin ilmiöihin, kuten periodin kahdentumiseen, mikä voi edelleen johtaa kaoottiseen käyttäytymiseen. Työssä käsitellään myös kaoottisten laserdiodien sovelluksia, kuten satunnaislukugeneraattoria ja kaoottista kommunikaatiota. Kaoottiset lasersignaalit voivat toimia nopeina ja turvallisina satunnaisuuden lähteinä esimerkiksi kryptografiassa ja tietoliikenteessä. Lisäksi kaoottisten lasereiden synkronointi mahdollistaa viestinnän, jossa kaoottinen signaali toimii kantajana, jolloin viestin salaus perustuu laserin kaoottiseen dynamiikkaan.