In this dissertation chaotic behaviors in semiconductor light-emitting devices are reported. It consists of two parts; one is on the periodic chaotic sequence in a driven nonlinear oscillator using a light-emitting diode and the other on the period doubling route to chaos in a directly-modulated laser diode.
In the first part a light-emitting diode is used with a resistor and an inductor to realize an optical source exhibiting chaotic behavior. Periodic-chaotic sequence and evolution of return maps in this circuit are described. Models of the circuit are reviewed and the cause of the chaotic behaviors is discussed. By proposing a one-dimensional mapping function and its modification we explained chaotic behaviors in the circuit, such as the periodic-chaotic sequence, evolution of return maps, and self-replicating attractors, etc.
In the second part complex chaotic structures in a directly-modulated laser diode are demonstrated. Effects of the spontaneous emission and the noise on the chaotic behavior in the laser diode are also studied. Mechanism for the period doubling bifurcations are accounted for by solving the laser rate equations analytically. Explicit expressions of parameter ranges for period two and period four oscillations are derived by the perturbation method.
본 논문에서는 반도체 발광소자에서의 혼돈현상을 연구하였다. 본 논문은 두 부분으로 구성되어 있는데, 하나는 발광다이오드를 사용한 비선형 공진회로에서의 혼돈현상에 관한 연구이고, 또 하나는 직접변조한 다이오드 레이저에서의 혼돈현상에 관한 연구이다.
첫째 부분에서는 발광다이오드, 인덕터, 저항을 직렬연결하여 혼돈현상을 가지는 광원을 구성하고, 이 회로에서의 일련의 혼돈현상을 보고하였다. 1차원 사상을 도입하여 일련의 혼돈현상을 설명하고, 이 사상을 수정하여 '자기복제' 현상을 설명하였다. 또한, 이 회로에서 혼돈현상이 생기는 요인을 물리적인 관점에서 토론하였다.
둘째 부분에서는 직접변조한 다이오드 레이저에서의 혼돈현상을 연구하였다. 또, 자연방출과 잡음이 다이오드 레이저에서의 혼돈현상에 주는 영향을 연구하였다. 다이오드 레이저에서의 주기증배현상을 설명하기 위해서, 레이저 비율방정식의 해를 섭동방법을 통해 구하였다. 이와 함께, 주기증배를 위한 레이저 파라메터 값도 구하였다.