基于非相干光反馈半导体激光器的双向混沌通信研究

提出了一种基于非相干光反馈半导体激光器的双向混沌通信系统,数值研究了该系统的同步特性及通信性能. 结果表明,当两个激光器参数一致时,系统能获得无延时的高质量混沌同步,实现实时双向通信;当激光器内部参数失配时,系统的同步性能及通信质量会受到一定的影响,但该系统对参数失配的容忍性较好,在一定的参数失配范围内,系统仍能实现较好的双向混沌通信. 关键词： 非相干光反馈 半导体激光器 混沌同步 双向通信     

基于光电反馈的激光混沌并联同步系统研究

提出了基于光电反馈的激光混沌并联同步方案,对可能存在的两种同步——广义同步和完全同步进行了研究,着重讨论了激光器内部参数失配对发射与接收激光器之间以及并联接收激光器之间同步特性的影响.研究结果显示：在一定范围内,同样的内部参数失配下,并联接收激光器之间的同步效果明显优于发射激光器与接收激光器之间的同步效果. 关键词： 半导体激光器 混沌同步 光电反馈 参数失配     

基于混沌信号非相干光注入下两半导体激光器间的双向混沌通信

提出了基于同时受到一个驱动混沌信号非相干光注入的两个响应半导体激光器之间的混沌同步以实现双向保密通信的系统方案,并对系统的混沌同步特性以及两个响应激光器之间的内部参数失配对同步特性的影响进行了研究．研究结果表明：通过选取合适的系统参量,可以实现响应激光器与驱动激光器之间同步系数较小而两响应激光器之间达到高质量混沌同步;两响应激光器之间的内部参数失配对它们之间的同步性能虽然有一定的影响,但影响比较小．另外,本文还对两个2Gbit/s的信息在该系统中双向传输时的隐藏和解调效果以及系统的安全性进行了分析．     

双路激光混沌复用系统的混沌同步及安全性能研究

针对一种新型的双路激光混沌复用系统, 建立相应的速率方程模型, 详细分析了两个主激光器的单个参数失配、多个参数同时失配、反馈强度差异以及频率失谐对混沌同步性能的影响, 并对此复用系统的安全性能和频谱性能进行了研究. 研究结果表明: 采用参数失配方案, 通过合理选择两个主激光器的参数, 可以保证两个主激光器之间的同步性能较差而两对主从激光器间实现高品质的混沌同步, 因此满足双路激光混沌复用的条件; 两个主激光器之间的参数失配对它们之间的同步性能影响较大, 然而对配对主从激光器间同步性能的影响并不明显, 进一步说明参数失配方案的有效性和可行性. 另外, 通过自相关函数和频谱分别分析混沌复用信号的时域和频域特征, 发现双路激光混沌复用系统可提供更高的安全性.     

采用混沌光注入实现混沌载波时延特征隐藏的研究

在混沌通信系统中,混沌载波的时延特征直接影响着通信系统的安全性,因此隐藏混沌载波的时延特征信息十分重要。本文基于外腔反馈式半导体激光器(ECSL)的单光注入结构,引入激光器参数失配,详细阐述了一种通过主从激光器参数失配来消除混沌信号时延特征的方法。利用自相关函数作为量化工具,对混沌信号的时延隐藏效果进行量化分析,数值研究了主从激光器间的参数失配对混沌信号时延消除的影响,并结合注入强度与频率失谐开展了进一步综合研究。研究结果表明:引入激光器参数失配对时延隐藏的效果影响显著,参数失配率在-0.4~0范围时有助于在从激光器混沌输出中隐藏主激光器外腔引入的反馈时延;而且,当主激光器注入强度在10ns-1~20ns-1范围内,主从激光器频率失谐控制在-20GHz附近时,信号时延隐藏效果最佳。因此,由此单混沌光注入系统产生的混沌信号可显著提高混沌载波的安全性,进而增强其潜在应用的性能。     

激光混沌同步和解码以及优化

进行了激光混沌模拟信号(0.1—10GHz)和数字信号(0.2和0.3Gbit/s)以及频率键控调制解调等研究，优化分析了调制信号的频率和幅度等对同步误差和解调的影响以及激光器混沌键控速率极限；分析了彻底同步和伪同步，并优化分析了系统参数失配、反馈系数对同步误差以及同步时间的影响. 关键词： 激光 混沌 同步 解码 优化     

半导体激光器混沌输出的延时特征和带宽

外腔延时特征和带宽是影响混沌激光应用的两个重要参量.本文将一个单路光反馈的半导体激光器输出的激光部分地注入到另一个双路滤波光反馈的半导体激光器中,从而构成一个具有外光注入的双路滤波光反馈半导体激光器系统,即主从激光器系统,用于抑制混沌激光的延时特征并研究其带宽.数值研究了外光注入系数、反馈强度、抽运因子和滤波器带宽对系统输出混沌激光的延时特征的影响,然后将该系统对延时特征的抑制效果和具有外光注入的单路光反馈半导体激光器系统、具有外光注入的双路光反馈半导体激光器系统、具有外光注入的单路滤波光反馈半导体激光器系统以及无光注入双路滤波光反馈半导体激光器系统进行对比和分析,结果表明本文提出的方案对延时特征的抑制效果最好.然后在本文提出的具有外光注入的双路滤波光反馈半导体激光器系统中,延时特征被有效抑制的参数条件下研究系统输出混沌激光的带宽,结果表明,通过适当选择参数的取值,本文提出的方案可以提高系统输出混沌激光的带宽.     

光纤混沌相位编码保密通信系统理论研究

通过耦合激光混沌相位控制同步系统和光纤信道，提出外部光注入半导体激光器激光混沌相 位控制光纤同步以及混沌相位相移键控外调制光纤保密通信系统理论模型，数值实现了在相 位控制器控制下的远程光纤混沌同步.理论分析了光纤自相位调制对混沌信号以及对同步的 影响，导出了光纤混沌最大传输距离公式.通过连续键控调制相位控制器实现了光纤激光混 沌相位相移键控编码调制发射，设置接收系统相位控制器控制激光相位相移实现了光纤激光 混沌同步解调.数值模拟了具有比特率50Mbit/s远程光纤混沌数字编码通信系统的应用，详 细地进行了在远距离光纤传输中的系统参数失配以及系统抗噪声能力的数值分析. 关键词： 混沌 同步 光纤混沌通信 半导体激光器 相位     

平坦宽带混沌激光的产生及同步

利用光纤环长外腔光反馈半导体激光器产生了频谱平坦的宽带混沌激光,其对应的激光频谱可有效地隐藏外腔的谐振频率,增加了系统的保密性.通过单向耦合方式,将产生的混沌激光注入到另一个参数相近的半导体激光器中,实现了平坦宽带混沌同步输出,两同步激光器输出的相关系数达到084.同时实验研究了注入强度和主从激光器的频率失谐对同步质量的影响,结果表明在强光注入锁定下,在很大频率失谐范围内均可实现同步,而且注入强度越大,主从激光器输出的相关系数越大,维持混沌同步所允许的频率失谐范围越大. 关键词： 混沌同步 单向光纤环 光反馈 半导体激光器     

反馈强度调制增强混沌光通信的保密性

注入锁定式光混沌同步通信系统对收发机的参数失配有较大的容忍度,这在一定程度上降低了信息的安全性.提出采用反馈强度的调制来提高系统的保密性.数值模拟分析了调制前后系统提取信号质量的变化,以及收发机调制的速率失谐、延时对提取信号质量的影响.研究发现：仅在发射机增加反馈强度调制后,同步性恶化、误码率增大两个数量级,无法提取信号;而在接收机引入相同的调制后,系统同步性及误码率得到恢复.此外,收发机的反馈强度调制速率失谐和延时范围分别在±5 MHz和±0.1倍调制周期时,信息提取质量较高.反馈强度调制能够有效地增强传统混沌通信系统的保密性. 关键词： 反馈强度 调制 混沌通信 保密     

Theoretical investigations of cascaded chaotic synchronization and communication based on optoelectronic negative feedback semiconductor lasers

In this paper, a novel chaotic relay system, based on cascaded synchronization in optoelectronic negative feedback chaotic semiconductor lasers, is presented. Synchronization characteristics and the influence of parameter mismatches on synchronization performances are investigated. The results show that the complete synchronization can be achieved under suitable system parameters; internal parameter mismatches of the lasers have influence on synchronization quality, but the system possesses more robustness to parameter mismatches compared with cascaded synchronization based on coherent optical feedback. Moreover, communication related issues are also investigated. Under the additive chaos modulation (ACM) encryption scheme, encoded messages can be successfully extracted at both mediator laser (ML) and receiver laser (RL) parts; parameter mismatches of the lasers will affect messages decoding, but the influence is not strong.     

Chaos synchronization in injection-locked semiconductor lasers with optical feedback

Based on the rate equations, we have investigated three types of chaos synchronizations in injection-locked semiconductor lasers with optical feedback. Numerical simulation shows that the synchronization can be realized by the symmetric or asymmetric laser systems. Also, the influence of parameter mismatches on chaos synchronization is investigated, and the results imply that these two lasers can achieve good synchronization, with smaller tolerance of parameter mismatch existing.     

Bidirectional chaos synchronization and communication in semiconductor lasers with optoelectronic feedback

In this paper, a bidirectional chaos communication system based on the optoelectronic feedback semiconductor lasers (SLs) is presented, and the synchronization characteristics and the communication performances of such system are simulated numerically. The results show that the high-quality synchronization with zero lag time and simultaneous bidirectional message transmission can be realized under the suitable system parameters; the internal parameter mismatches of the lasers have influence on the synchronization quality and communication performance, but this system still possesses good robustness to parameter mismatches. Meanwhile, the security can be ensured through a suitable encoding-decoding technique.     

Synchronization of chaotic erbium-doped fibre lasers and its application in secure communication

We have investigated the synchronization of chaotic dual-ring erbium-doped fibre lasers using the delay feedback－injection scheme. Numerical simulation shows that two chaotic dual-ring erbium-doped fibre lasers can be well synchronized if the strengths of delay feedback and injection are suitable. Even though the effects of the noises and the difference between the two lasers are considered, the twins can still reach good synchronization. Secure communication could be realized using the scheme of message-masking based on the synchronization of the chaotic dual-ring erbium-doped fibre lasers.     

基于微分几何理论的参数失配系统时空同步研究

本文采用状态反馈精确线性化方法,实现了参数失配系统的时空同步控制. 引入微分几何理论,首先采用李导数判定了参数失配系统的仿射模型是否满足状态精确线性化的充要条件,通过非线性坐标变换得到了其线性解耦系统,并结合线性最优控制理论确定了同步控制律,数值仿真证实了该控制方法的有效性,从非线性控制角度探索了混沌系统时空同步的新方法. 关键词： 时空同步 微分几何 精确线性化 参数失配     

基于非相干光反馈与注入的级联混沌系统研究

提出了基于延迟非相干光反馈与非相干光注入的级联混沌同步方案,与相干方案相比,该方案不需要频率完全匹配.数值研究结果表明,在其他参量匹配的情况下,发送机与接收机能实现完全同步.通过混沌键控方法,实现了信息的编码与解码.由于该级联方案具有非相干,宽带宽和多信息点传输的特点,所以在物理实现上很有吸引力,在全光中继通信方面也存在着很大的潜力.     

链式互耦合半导体激光器的实时混沌同步

通过在互耦合外腔半导体激光器之间增加中继激光器,建立了一种链式互耦合半导体激光器混沌同步系统模型.理论分析了系统的实时混沌同步条件,数值研究了注入电流、互耦合条件、反馈条件等对系统实时混沌同步品质的影响,揭示了同步质量在反馈强度和互耦合强度二维参数空间的分布规律.结果表明:注入电流较大时,满足互耦合强度和反馈强度相同,互耦合延时和反馈延时相等,系统中所有激光器之间可同时实现稳定高品质实时混沌同步;中心激光器和边激光器之间的稳定实时混沌同步分布在在互耦合强度和反馈强度较小的区域以及互耦合强度和反馈强度相近的区域;边激光器之间由于同时接收到中心激光器实施的相同注入,能够较容易的实现稳定高品质的实时混沌同步.该系统可进一步扩展成为实现远距离的双向实时混沌同步或阵列激光器系统的实时混沌同步.     

Synchronization of mutually versus unidirectionally coupled chaotic semiconductor lasers

Synchronization dynamics of mutually coupled chaotic semiconductor lasers are investigated experimentally and compared to identical synchronization of unidirectionally coupled lasers. Mutual coupling shows high quality synchronization in a broad range of self-feedback and coupling strengths. It is found to be tolerant to significant parameter mismatch which for unidirectional coupling would result in loss of synchronization. The advantages of mutual coupling are emphasized in light of its potential use in chaos communications.