在最近几年,在混沌应用方面有一个新的研究方向,那就是利用混沌系统固有的动力学行为来实现混沌计算。在混沌系统里,通过稍微地改变一些参数的取值,就能轻易地实现逻辑计算间的相互转换。基于垂直腔表面发射激光器(VCSEL)的混沌系统,在外部条件扰动下,如光注入或光反馈,可以诱导其产生高维非线性偏振动力学,有利于实现可重构的动态全光混沌逻辑计算。在实现逻辑计算可重构的过程当中,很多基础的科学问题需要被解决。为了突破这些问题,我主要做了如下的科研工作:(1)在一个外部光注入VCSEL的混沌系统里,探索了在不同的重要参数下,如偏置电流、光注入强度以及注入光与VCSEL的频率失谐,VCSEL输出光的偏振双稳态随着外部注入光振幅变化的演变规律,此时VCSEL输出的光波处于混沌态。基于激光器输出光的偏振双稳态的动态演变规律,把频率失谐视为控制逻辑信号。通过控制两个逻辑输入与控制逻辑信号间的逻辑运算,进一步实现了不同的全光混沌逻辑运算,例如“与”、“与非”、“或”、“或非”、“同或”以及“异或”等。而且,在相对较低的自发辐射噪声强度下,展示了这些逻辑运算的可重构能力。这部分工作见论文第三章。(2)在由主-从VCSEL构成的驱动-响应混沌系统里,首先计算了主激光器与从激光器输出偏振分量的同步系数在参数空间外加电场和光反馈系数(光注入系数)的等高线图,此时驱动-响应系统均激射出混沌光波。基于主-从VCSEL输出偏振的同步系数等高线图,把外加电场视为控制逻辑信号。通过控制两个逻辑输入与控制逻辑信号间的逻辑运算,实现了不同的全光混沌逻辑运算,例如“与”、“与非”、“或”、“或非”、“同或”以及“异或”等,而且基于完全混沌同步,进一步探索了它们的延时存储。同时,也展示了这些逻辑运算的可重构能力。这部分工作见论文第四章。