基于1550 nm垂直腔面发射激光器的长距离双向双信道光纤混沌保密通信研究

基于同一混沌信号光注入下两个1550 nm垂直腔面发射激光器 (VCSELs) 中两对应线性偏振模式之间的混沌同步, 提出了一种可实现信息的长距离双向双信道光纤混沌保密通信的系统模型, 并对该系统的同步、双向双信道通信以及光纤信道对信息传输的影响等性能进行了相关仿真研究. 结果表明: 在由驱动混沌激光器所产生的同一混沌光注入下, 两响应激光器中对应的两线偏振模式之间均可实现高质量的等时混沌同步, 且驱动激光器与两响应激光器间的同步系数较低; 基于两响应激光器之间对应线偏振模式的高质量混沌同步, 可实现双向双信道混沌通信; 采用单模保偏光纤 (或色散位移保偏光纤) 作为通信信道, 2.5 Gbit/s信息在传输60 km (或200 km) 后解调信息的Q因子能保持在6以上. 关键词： 垂直腔面发射激光器 (VCSELs) 双向双信道 混沌通信 光纤     

应用相敏光放大器的非零色散位移光纤通信系统中的ISI限制距离研究

本文分析了1.55μm信号波长,采用强度调制/直接检测(IM/DD)方式的单信道级联相敏光放大器(PSA)非零色散位移光纤传输系统的性能.应用非线性薛定谔方程(NLSE),通过对信号传输后眼图劣化度的计算,得到了光纤传输系统的码间干扰(ISI)限制距离.由于PSA的相敏特性,其对光纤色散具有一定的补偿作用,因此级联相敏光放大器光纤通信系统可以实现信号高比特率长距离传输.然而,随着信号速率的提高,对长距离传输,必须减小光纤色散值和PSA的间距.当光纤色散值大到一定程度,要进行信号的高速率传输,就必须附加其它的色散补偿方法.     

准线性光纤传输系统中几种色散补偿方案的性能比较

已有研究表明,对于高速率长距离准线性色散补偿光纤传输系统,信道内非线性效应是限制系统传输性能的最主要因素。在考虑四波混频等信道内非线性效应的情况下,通过求解耦合非线性薛定谔方程组,详细比较了单信道归零码准线性色散补偿光纤传输过程中前置补偿、后置补偿以及对称补偿3种色散补偿方案的传输特性。研究表明,信道内四波混频(IFWM)是导致3种方案性能差别的主要因素;对于确定的掺铒光纤放大器间距,最佳色散补偿方案与传输速率有关。速率越高,前置补偿性能越好;相反,后置补偿最适合低速率传输。     

一种用于塑料光纤接入网的多优先级控制协议设计

提出一种基于光码分多址(OCDMA)技术的塑料光纤接入网的多优先级控制协议.由于受传输误码率的限制,常规的光码分多址系统只允许有限个用户传输数据或接入网络,为了解决用有限的码字来实现多于码字数目的多媒体工作站间的信息通信,这种多优先级的控制协议通过使用预约和随机分配算法可以有效地解决信道冲突和目的地址的冲突问题, 该协议可以支持多媒体信息传输中各类信息不同的时间延迟要求.另外,在该接入网中,每个光网络单元均设有两套光编码器和光解码器,一套用于控制信道,另一套用于各个数据信道.利用本文提出的协议对塑料光纤接入网的网络吞吐量和平均延时时间进行了数值分析和仿真实验,结果证明了这种多优先级控制协议的有效性和高效性.     

连续变量纠缠态光场在光纤中传输特性的实验研究

连续变量纠缠态由于其确定性产生、高效率的特点而被广泛应用于连续变量量子信息处理.在量子信息处理过程中纠缠态与量子信道发生相互作用而退相干,这是限制长距离量子信息发展的重要因素之一.光纤信道作为理想的量子信道,是目前连续变量量子信息研究关注的热点.本文利用Ⅱ类匹配的楔角极化磷酸氧钛钾晶体构成了三共振的非简并光学参量放大器,获得了8.3 dB的光通信波段1.5μm连续变量纠缠态光场.将产生的纠缠态光场注入单模光纤,其量子特性在传输距离达50 km后仍得到保持,纠缠度为0.21dB.该研究可为基于光纤的长距离连续变量量子信息研究提供有效的依据.     

基于光生编码超宽带信号的多用户通信系统

提出并验证了一种基于光学方法产生编码超宽带(UWB)信号的多用户通信系统,在发射端通过光纤直接传输用光学方法生成的UWB信号,在接收端对编码UWB信号进行相关运算,同时完成用户信息和数据信息的判决。系统具有简单扩容、易于接收、远距传输、可调谐性等优点。设计制作的多信道光纤光栅滤波器和色散光纤组合成的鉴频器是系统的核心器件。传输的信号用不同的码片组合来区分各个用户,系统只需调节激光波长来实现用户切换,产生了不同用户的光生编码UWB信号,并恢复出不同用户的信息,实现了多用户通信全过程。     

一种新型的双向长距离光纤混沌保密 通信系统性能研究

基于两个在驱动混沌信号注入下的响应半导体激光器之间的混沌同步, 提出了一种新型的可实现信息双向、长距离保密传输的系统, 并建立了相应的理论模型. 利用该理论模型, 研究了系统的双向传输性能、 安全性能以及系统性能随传输距离的变化. 结果表明: 两个响应激光器在受到发自同一驱动混沌激光器的混沌光注入下, 其混沌输出虽然与注入混沌信号相差很大, 但两个响应激光器的混沌输出却能实现非常好的无时间延迟的等时同步; 对窃听者可能获取信息的各个途径进行了考察, 结果显示该系统具有很好的安全性; 采用普通单模光纤作为传输信道, 信息经过50 km传输后, 解调信息Q因子可达到6以上; 采用色散位移光纤, 信息经过200 km的传输, 解调信息Q因子还可达6以上.     

开环全光混沌通信系统中的光纤信道结构

根据外光反馈半导体激光器及光纤传输方程,构建了基于光纤信道的开环全光混沌通信系统.考虑混沌调制和混沌键控两种信息加密方法,采用先进的校正相减解调法恢复信息,并且通过解调Q因子衡量系统性能.以不同次序排列单模光纤和色散补偿光纤构成4种结构的光纤信道,通过数值仿真分析信道结构对系统通信性能的影响.结果表明,为光纤信道保留少量的负累积色散有利于改善远程传输性能;两端补偿和中间补偿这两种对称结构的性能一致,对称结构优于非对称结构即预补偿和后补偿,适用于远程高速开环全光混沌通信.另外,无论光纤信道结构怎样,在远程高速激光混沌通信中混沌调制方法总是优于混沌键控方法.     

开环全光混沌通信系统中的光纤信道结构

根据外光反馈半导体激光器及光纤传输方程,构建了基于光纤信道的开环全光混沌通信系统.考虑混沌调制和混沌键控两种信息加密方法,采用先进的校正相减解调法恢复信息,并且通过解调Q因子衡量系统性能.以不同次序排列单模光纤和色散补偿光纤构成4种结构的光纤信道,通过数值仿真分析信道结构对系统通信性能的影响.结果表明,为光纤信道保留少量的负累积色散有利于改善远程传输性能;两端补偿和中间补偿这两种对称结构的性能一致,对称结构优于非对称结构即预补偿和后补偿,适用于远程高速开环全光混沌通信.另外,无论光纤信道结构怎样,在远程高速激光混沌通信中混沌调制方法总是优于混沌键控方法.     

四波混频在长距离相干光纤传输中的影响

本文研究光纤非线性现象之一的四波混频对长距离相干多路光纤传输系统的影响.通过对一条长度为550km,采用9个掺铒光纤放大器的频分复用系统的实验,清楚地观察到了四波混频这一光纤非线性.实验的结果符合对四波混频的理论分析与计算.结果表明:对信息容量在每秒10~9bit数量级,采用常规的不归零码作信号方式的多路传输,光纤中的四波混频现象将严重地影响其传输性能.     

基于少模光纤的模分复用系统多输入多输出均衡与解调

针对光纤模分复用传输系统中模式耦合串扰问题, 设计并制备了一种新型少模光纤, 其较高的模式差分群延时保证各模式信道独立传输.在此基础上, 提出一种级联多输入多输出(MIMO)延时均衡算法, 进一步减少源于模式复用器和解复用器的模式串扰, 提高基于少模光纤的模分复用传输系统的传输距离和传输容量.与传统MIMO均衡算法相比, 级联MIMO延时均衡算法在没有显著增加计算复杂度的条件下, 能够应用于模式差分群延时很大的模分复用传输系统.对单信道传输速率为 40 Gbps的四相相移键控两模复用传输系统进行仿真, 经40 km少模光纤传输后, 采用级联MIMO均衡算法较普通MIMO均衡算法有1.7 dB的质量因子的提升. 仿真结果证明, 使用少模光纤和级联MIMO延时均衡算法能够有效地消除模分复用信号间的串扰, 有望在下一代大容量光纤传输系统中获得 推广应用. 关键词： 模分复用 少模光纤 模式差分群延时 多输入多输出均衡     

用于塑料光纤接入网的三优先级控制协议设计

为了解决用有限的码字来实现多于码字数目的多媒体工作站间的信息通信,提出一种基于光码分多址(Optical Code Division Multiple Access,OCDMA)技术的塑料光纤接入网的多优先级控制协议. 该协议通过使用预约方案和仲裁算法可以有效地解决信道冲突和目的地址的冲突问题,可以支持多媒体信息传输中各类信息不同的时间延迟要求.通过建立一个离散马尔科夫链模型对塑料光纤接入网的网络吞吐量和平均延时时间进行了数值分析和仿真实验,结果证明,这种多优先级控制协议能够适应多媒体网络中各类业务对信号时延要求的不同进行信道的优先级分配.     

基于啁啾光纤光栅的色散管理

本文通过数值仿真对基于啁啾光纤光栅的单信道的色散管理进行了研究，并在1500km的10Gb/s单信道传输系统中进行了实验验证.本文还通过分析啁啾光纤光栅引入的信道间随机时延差对交叉相位调制的抑制作用，发现了基于啁啾光纤光栅的多信道系统的色散管理的新的特点. 关键词： 光纤通信 色散补偿 啁啾光纤光栅     

基于光纤光栅的波长可调谐光分插复用器

本文报道了一种基于光纤光栅的波长可调谐光分插复用器.可连续线性调谐5.3nm来选择不同的信道进行上下载信息.用宽带光源对该器件的性能进行了测试;用该器件在4波长全光纤激光器作信号源的光纤通信传输实验系统中做了解复用实验.实验表明该器件能很好地下载光信号,相邻信道隔离度达到29dB,具有一定的应用价值.     

基于DWDM的经典-量子信息共信道同传系统噪声分析

经典-量子信息共信道同传是光纤量子密钥通信中的关键应用技术。为解决同传系统在复杂的背景噪声环境下的传输效率问题,通过剖析基于DWDM的共信道同传系统中典型噪声干扰因素,对该系统中DWDM信道串扰及自发拉曼散射噪声建立模型,仿真计算不同光纤长度及不同波长信道下噪声干扰对系统的影响。分析结果表明,在初始功率恒定的情况下,系统噪声不会随光纤长度增加而无限积累,而是趋于恒定数值;而在接收功率恒定的情况下,系统噪声随光纤长度增加不断增长。从信道的波长角度看,处于低噪声环境的经典与量子信道波长符合密集波分复用要求。根据ITU-T建议下的DWDM信道间隔,在经典-量子信道波长间距为1.6nm时,系统性能最佳,该仿真结果与经典实验的结论相吻合。     

基于光编/解码技术的抗截获通信系统研究

为了增强光纤通信系统的物理层安全性,提出了一种基于光编/解码技术的新型抗截获通信系统。由于传统地址码的码字容量都相对较小,合法用户使用的地址码容易受到窃听者的强力搜索攻击。一旦用户地址码被获得,光纤信道中传输的所有用户信息将可被窃听者窃取。为了解决这个问题,构造了一种大容量的二维跳频/扩时地址码,并描述了可重构编/解码器的实现方法;设计了一种新型的抗截获通信系统方案,建立了窃听信道模型;最后,利用VPI transmission Maker Optical Systems仿真软件,验证了抗截获通信系统的传输性能和安全性能。仿真结果表明,基于光码分多址的编/解码技术,可以实现一种高速率、长距离的抗截获通信系统。     

基于拉曼组合放大的长距离光纤传输系统

本文改进了一种实现长距离自适应补偿光纤传输的方法.在利用光纤光栅形成的谐振腔产生激光对信号光进行拉曼放大的基础上,再利用双抽运光对信号光进行拉曼放大,从而获得更高的拉曼增益以实现更长距离的自适应补偿光纤传输.使实验自适应补偿传输距离达125km(为目前国际上已报道的最长自适应补偿光纤传输距离).实验测量并理论分析了该长距离光纤传输系统的开关增益、放大的自发辐射噪声、噪声指数和光功率分布的特性,实验结果与理论模型符合很好.     

基于啁啾光纤光栅的色散补偿器在超长距离密集波分复用系统中的应用

对啁啾光纤光栅在超长距离多波长传输系统中应用时所存在的问题进行了研究，主要分析了多波长级联的啁啾光纤光栅之间的串扰，并提出了利用相干长度法来抑制不同信道间啁啾光纤光栅串扰的方法.在此基础之上实现了基于光纤光栅色散补偿的8×10Gbit/s,1500km G.652光纤上的传输系统. 关键词： 光纤通信 色散补偿 啁啾光纤光栅     

连续变量Einstein-Podolsky-Rosen纠缠态光场在光纤信道中分发时纠缠的鲁棒性

Einstein-Podolsky-Rosen纠缠态光场是实现基于光纤的连续变量量子信息处理的重要量子光源,其在光纤信道分发时会与信道相互作用发生解纠缠,影响量子信息处理的性能.本文利用部分转置正定判据分析了Einstein-Podolsky-Rosen纠缠态光场在单通道和双通道光纤信道分发方案中,其初始态的关联正交分量对称性、模式对称性、纯度和光纤信道额外噪声对传输距离、纠缠态光场的纠缠特性及鲁棒性的影响.在单通道和双通道方案中,光纤信道的额外噪声都会引起纠缠态光场的解纠缠,随着噪声的增大,传输距离迅速减小.要保持Einstein-Podolsky-Rosen纠缠态光场在光纤损耗信道中的纠缠鲁棒性,双通道方案比单通道方案对初始态的关联正交分量对称性和纯度方面的要求更为苛刻.而且单光纤噪声通道分发方案对模式对称性参数不敏感,模式对称性参数变化不会引起解纠缠,也不影响最大传输距离和纠缠鲁棒性特征;在双光纤噪声通道分发时,模式不对称参数降低会减小最大传输距离,并出现纠缠突然死亡.     

光纤混沌双芯双向保密通信系统研究

把量子阱激光混沌耦合反馈同步系统应用于光纤保密通信中,提出光纤混沌双芯双向保密通信设想.通过耦合外部光注入多量子阱激光混沌全光耦合反馈同步系统和光纤传输信道,建立了光纤混沌双芯双向通信系统物理模型.理论和数值证明了激光混沌同步,理论分析指出光纤中的自相位调制是限制激光混沌在光纤传输中同步的主要原因,并推导出混沌信号双芯双向传输中的非线性相移以及混沌激光功率限制和传输距离公式.数值实现了该系统在长距离二根光纤传输中的同步,详细地分析了系统同步时间随光纤传输长度的关系.模拟了调制频率06 GHz的混沌模拟通 关键词： 混沌 同步 光纤 保密通信