简介11动态行为dynamicbehavior的重要性环境会随着时间.PDF

第一章 簡介 1.1 動態行為(dynamic behavior)的重要性 環境會隨著時間而改變，人類生存的環境本質上也是變動的，所以研 究其物質或人類的動態行為現象，是一個相當重要的課題。動態行為的研究 範圍領域相當廣泛，可應用於生命科學領域：如癌細胞、神經細胞的生成與 發展。也可應用於醫療方面：如心臟病的診療、心電圖的研判與分析、糖尿 病治療、胰島素注射治療、心血管疾病、血拴或堵塞等方面的應用。在醫學 研究方面：如生物分子細胞、凝態及奈米體系表面吸附蛋白分子結構等研究。 在土木工程應用方面：如河床加深、橋樑 3D 動態、水文、高樓結構抗風等 方面。在金融方面：如風險控管、短期利率研究、市場價格波動、利率和股 票交易波動等研究。在工程方面：如工程技術控制系統的應用、電磁波動態 行為在癌症熱療行為上的研究、合成人工神經電路等領域。在經濟方面：如 失業率的應用研究、進出口的研究等。在光電方面：如液晶分子的研究領域 等。動態行為情境，表現在日常生活中比比皆是，可見其重要性。 混亂無序或稱為渾沌(chaos)的特性：這種 chaos 是一種非周期性信 號，是屬於非線性動力學(nonlinear dynamics)，此chaos信號對初始條件 極為敏感；也就是說一個小小的初始條件的差異，就可以影響系統的長期變 化。例如天氣(氣象)系統。天氣系統是對初始條件非常敏感的，無論風速、 - 1 - 地形、溫度、水氣還有其他等氣象因素，這些因素的初始條件，在剛開始時， 有一點點的差異不同，則蘊釀未來天氣的變化將會產生極大的變化。這種非 線性混亂無序的信號，蘊藏著極豐富的訊息，科學家們運用這種渾沌訊號做 科學化的研究分析，並探討其初始變化到後期的結果。 在應用方面：非周期性信號處理分析，可被廣泛的應用於氣象、醫療、 物理、通訊、測量、精密加工、經濟等學科領域中。 1.2 研究動機 探討雷射光在雷射共振腔內的物理特性及工程上的應用，在物理特性 方面，由於在共振腔內雷射晶體(laser crystal)或稱為增益介質（gain medium）和輸出耦合鏡(output coupler)的相互作用或互相干擾(干涉)，而 造成雷射光輸出信號很不平整。在此之前，由於示波器(oscilloscope)的取 樣頻率(sampling rate)沒那麼好，頻率在 500MHz，偵測到的輸出信號是一 直線，是典型的連續波 (continuous wave：CW)信號。也就是說，輸出信號 是一條橫線，這條輸出橫線與時間軸相互平行。如圖 1-1 所示，連續波 (continuous wave：CW)信號。但是現在示波器的取樣頻率比先前進步許多。 最近實驗室購置一部新的示波器，頻率在 40GHz，試著用 40GHz 的示波器量 測過去被認是CW輸出的時域(time domain)信號，但實際測得是下波動不平 整的輸出信號，如圖1-2所示。為了瞭解此上下波動現象，所以做此雷射腔 - 2 - 內動態實驗。 1.3 本文組織 本文共有五個章節，第一章 : 簡介，概略介紹chaos的重要性及 動態行為的應用領域。第二章 : 說明一般雷射系統，雷射共振腔的結構， 如平行平面共振腔的結構和緊密式共振腔的結構，和 etalon 光學元件的功 用，以及在雷射腔內產生縱模與橫模的過程。第三章： 介紹Otsuka的實驗 架構及產生的 quasiperiodic pulsations 輸出與耦合空間分佈局部模態的 雷射模型等優劣點。第四章 :: 則是經各種實驗所觀察的結果，從混亂無序 :: 到類似周期性弛張振盪的實驗結果。第五章 ：結論與未來工作展望。