多延时互耦合半导体激光器的实时混沌同步特性

针对双延时和三延时互耦合半导体激光器系统,研究了互耦合延时和互耦合强度对实时混沌同步质量的影响,提出了双延时互耦合系统中可将其中一个互耦合延时看作反馈延时的思想,揭示了多延时互耦合半导体激光器系统实时混沌同步条件和规律.研究结果表明,多延时互耦合系统中,某两条双向链路的互耦合延时比值为2,是实现高品质实时混沌同步的基本条件;增大互耦合强度,可以改善实时混沌同步品质,且在较低的等效耦合强度条件下,双延时互耦合系统较三延时互耦合系统更易于实现良好的实时混沌同步.     

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.     

非对称电流偏置下互耦半导体激光器的混沌同步特性研究

利用两个电流偏置在不同值的半导体激光器(SL)构建一个延时互耦系统,实验研究了两个SL的非对称偏置电流和频率失谐Δf(=f₁-f₂,f₁,f₂分别对应SL1和SL2的自由振荡频率)对系统混沌同步性能的影响.研究结果表明:对于两个振荡频率一致的SL,当两个SL的偏置电流差异较大时系统能实现较好的混沌同步;通过调节两个SL的温度,使两个SL的振荡频率失谐,对于SL1电流远大于SL2电流的情形,正频率失谐 关键词： 半导体激光器 非对称电流偏置 互耦 混沌同步     

多调制延时耦合半导体激光器的混沌同步与编码

数值研究了非相干光反馈与非相干光注入半导体激光器的多调制延时混沌同步,由于该系统是基于非相干注入的,所以不需要接收激光器的频率与发送激光器频率完全匹配。通过对非相干光反馈半导体激光器输出自相关函数的研究,发现在多调制延时系统中,延时标识可以被隐藏,这一特性可以提高系统的安全性,非常适用于混沌保密通信系统。分别利用混沌移位键控(CSK)及混沌隐藏(CMS)编码方法考查了单向耦合和双向耦合系统的通信性能。     

电流调制半导体激光器的混沌及其同步

研究了电流调制半导体激光器的混沌及其同步.通过数值计算系统的最大Lyapunov指数随调制强度的变化情况,确定了激光器处于混沌态的参量区间.利用差值耦合与和值耦合两种方案实现了两激光器的混沌同步.两激光器相关系数的数值计算表明,两种方案的同步效果都很好,而和值耦合更易于实现两激光器的同步.以标准化系数为例,分析了两激光器参量不匹配对混沌同步的影响,当标准化系数的偏差保持在小范围内时,两激光器仍可达到较好的同步,而差值耦合同步的鲁棒性优于和值耦合.     

全光学型延时反馈法控制外腔式半导体激光器的混沌

根据Pyragas连续反馈法控制混沌的原理，提出一种全光学型延时反馈法控制半导体激光器混沌的方案，用相干理论分析了该方案实现混沌控制的机理和条件，进行了计算机数值模拟，结果证明了该方案的有效性. 关键词：     

基于双光反馈半导体激光器的单向开环混沌同步通信

利用双光反馈半导体激光器作为混沌发射源, 构建了一个单向开环混沌通信系统, 并对系统的通信性能进行了相关仿真研究. 研究表明: 通过合理选取系统参量, 双光反馈半导体激光器所产生的混沌载波能很好地抑制外腔延时特征; 发射激光器和接收激光器在强注入锁定下能实现很好的混沌同步, 并且同步性能对频率失谐具有很好的容忍性; 采用附加混沌调制加密方式, 500 Mbits/s的信号能够很好地隐藏于混沌载波中, 并可在接收端成功解调. 关键词： 半导体激光器 单向耦合 混沌通信     

激光混沌通信中半导体激光器接收机对高频信号的滤波特性

数值研究了基于半导体激光器的混沌通信系统中构成混沌同步的接收半导体激光器对高频信号的滤波特性.分析了闭环结构的接收机对不同频率、不同幅度的加载信号的提取能力.研究发现，混沌保密通信系统对传输信号的提取能力与信号的频率有关.当信号频率较低时，闭环结构的接收机对信号的滤波效果较好；当信号频率接近半导体激光器的弛豫振荡频率时，接收机的滤波效果较差.分析结果同时表明，混沌保密通信系统中接收机对传输信号的提取质量不仅与实现混沌同步的两激光器的同步质量有关，而且依赖于传输信号的幅度. 关键词： 混沌 混沌同步 半导体激光器 滤波     

基于互注入半导体激光器的混沌输出产生17.5 Gbit/s随机码

采用两个借助光纤连接的相互注入半导体激光器,实验获取了10 GHz超宽带混沌种子信号.通过8-bit模数转换器将混沌信号转换为二进制数据流,并进行进一步的逻辑异或处理和舍弃最高有效位操作,最终获得了能顺利通过美国国家标准与技术研究院(National Institute of Standard and Technology,简记为NIST)800-22标准测试以及Diehard测试,速率达17.5 Gbit/s的高速随机码. 关键词： 随机码 混沌激光 互注入半导体激光器     

半导体激光器输出混沌光的延时特性和带宽

提出一个新的方案用于抑制半导体激光器输出混沌光的延时特性并研究其带宽.在该方案中,将由伪随机信号驱动的相位调制器加到具有双路光反馈的半导体激光器的两个反馈腔中,从而构成具有双路相位调制光反馈的分布反馈半导体激光器系统.数值研究了延迟时间和反馈系数等参数对该系统输出混沌光的延时特性的影响,用自相关函数曲线中的延时特征峰的最大值表示延时特性.然后将该系统对延时特性的抑制效果和具有双路光反馈的分布反馈半导体激光器系统以及具有单路相位调制光反馈的分布反馈半导体激光器系统进行比较,结果表明本文所提出方案的抑制效果最好.进而基于能有效抑制延时特性的参数条件研究了具有双路相位调制光反馈的分布反馈半导体激光器输出混沌光的带宽,结果表明,抽运因子的增大和反馈系数的增加都能使系统输出混沌光的带宽变大.     

Feedback Induced Instability and Chaos in Semiconductor Lasers and Their Applications

Semiconductor laser with feedback is an excellent model for nonlinear optical system which shows chaotic dynamics. It is interesting not only from the fundamental physical study but also application standpoints of view. The dynamics of feedback induced instability and chaos, especially for optical feedback, and their applications are reviewed in this paper. The model of such a system is described by the laser rate equations. At first the dynamic behaviors of feedback induced instability and chaos in semiconductor lasers are discussed on the basis of the theory and experiments. Instability and chaos may be stabilized by the method of chaos control. Then we apply the method to suppress the noise induced by the feedback in a semiconductor laser. The synchronization of chaos between two similar systems is also an important issue in chaos applications and we discuss secure communications based on chaos synchronization. Some other examples of applications of feedback induced chaos are also described.     

Synchronization of time delayed semiconductor lasers and its applications in digital cryptography

This work aims to demonstrate the effect of synchronization phenomena in chaotic laser systems described by modified Lang-Kobayashi's (L-K) delay differential equations. The synchronized system considered for numerical simulations and for cryptography consists of identical semiconductor lasers operating in single longitudinal mode. The two lasers are bidirectionally coupled by linear optical feedback. As this is essential in simultaneous transmission of messages, we have applied the corresponding coupled chaotic dynamics to secure communications. An investigation of the system together with a novel scheme for digital cryptography and visual recurrence analysis (VRA) of the chaotic time series are presented. Extended statistical tests with the proposed two phase scheme demonstrate the efficiency of these infinite dimensional systems in being tolerant to different types of statistical attacks. The result emphasizes the merits of the uncertainty and high dimensionality of optical chaos system in duplex high speed secure communications.     

Turn-on Delay of Semiconductor Lasers and Accompanying Time Evolution of Carriers

１ＩｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎＩｔｉｓｗｅｌｋｎｏｗｎｔｈａｔａｃｅｒｔａｉｎｔｉｍｅｉｓｎｅｄｅｄｆｏｒｔｈｅｃａｒｉｅｒｄｅｎｓｉｔｙｎｔｏｒｅａｃｈｔｈｅｔｈｒｅｓｈｏｌｄｖａｌｕｅｎｔｈｗｈｅｎｔｈｅｂｉａｓｏｆｔｈｅｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ...     

半导体光放大光纤环形激光器的偏振混沌与相干性

研究了基于半导体光放大器(SOA)的光纤环形激光器的偏振混沌光的特性及其相干性。实验采集激光器的输出功率和偏振度,得到了基于半导体光放大器的光纤环形激光器的输出从自发辐射到受激辐射、再到偏振态混沌激光辐射的演化过程。利用马赫-曾德尔(M-Z)干涉仪验证了混沌激光的相干性,并发现混沌干涉只有零级。测量不同光程差时干涉仪的输出功率,计算相应的干涉条纹可见度,进一步算得混沌激光的相干时间约为40 ps。这一结果与根据光谱计算的该混沌激光的相干时间43 ps基本一致。实验还测得该混沌激光的相干性与半导体光放大器的电流无关。并指出了混沌激光相干应用于低相干光源探测领域的灵敏度和分辨力优势。