基于频率失谐的光混沌同步开关的特性研究

针对实验报道的光混沌同步开关现象,建立了基于半导体激光器的光混沌同步开关的理论模型.利用该模型,数值模拟了不同外腔反馈强度和注入强度下的光混沌同步开关特性.结果表明：固定外腔反馈强度,不同注入强度下的混沌同步开关的对比度和宽度均不同;当注入强度与外腔反馈强度相同时,开关的对比度达到最大值;进一步地,当外腔反馈强度和注入强度同步增强时,混沌同步开关的对比度和宽度均单调增大. 关键词： 光混沌同步开关 半导体激光器 频率失谐 外腔反馈     

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     

自混沌光相位调制光反馈半导体激光器输出光的混沌特性

混沌光的延时特征(time delay signature, TDS)和带宽是影响混沌激光应用的两个重要参量,常用来表征混沌光的混沌特性.将具有外腔光反馈的半导体激光器(semiconductor laser, SL)作为主激光器,以具有自混沌光相位调制光反馈的SL作为从激光器,并将主激光器输出的混沌光双路注入到从激光器中,构成具有外光双路注入的自混沌光相位调制光反馈的半导体激光器系统.数值研究了外光注入系数和反馈系数等参数对系统输出光TDS的影响,然后将此系统对TDS的抑制效果和具有外光双路注入的光反馈半导体激光器以及具有外光单路注入的自混沌光相位调制光反馈半导体激光器进行对比和分析,从而阐明了本文所提出的方案对TDS的抑制效果较好.在TDS被有效抑制的参数条件下,研究了混沌光的带宽,结果表明:本文提出的方案可以有效提高系统输出混沌光的带宽,获得混沌光的3 dB带宽的最大值约为16 GHz.     

系统增益对光混沌通信系统性能影响的研究

针对强注入开环结构的外腔反馈半导体激光器混沌通信系统,数值计算得到系统增益与注入系数的定量关系曲线.对比是否使用系统增益对接收系统输出进行校正两种情况下系统的解调性能,表明使用增益校正的相减解调法获得的信息更接近原始信息.通过采用不同频率的正弦信号进行调制,表明信息频率对系统增益没有影响;用不同调制方法对0.2?Gbit/s数字信号加密,结果表明系统增益与信号类型及调制方法无关. 关键词： 光混沌通信 强注入 系统增益 同步     

强光注入提高光反馈VCSELs混沌载波基频

研究了外部光注入对光反馈垂直腔表面发射半导体激光器(VCSEL)混沌载波基频的影响.研究结果表明：当外部注入光频率与VCSEL自由运行的振荡频率失谐一定时,随着外部光注入强度的增加,混沌载波基频总体呈现上升的趋势;通过调整失谐频率和注入强度大小,外部光注入可以使混沌载波基频得到大幅度的提高;当归一化的注入系数K=330, 失谐频率为42 GHz,可得到基频位于47.3 GHz的混沌信号输出. 关键词： VCSEL 光注入 光反馈 混沌载波基频     

非相干光反馈与非相干光注入混沌同步通信系统仿真分析

本文对非相干光反馈与非相干光注入激光混沌同步保密通信系统进行了理论仿真研究.本系统为Pecora-Carroll混沌同步系统,基于Lang-Kobayashi速率方程,建立了发送激光器和接收激光器的理论模型.利用该模型分析了同步建立时间、同步误差,混沌键控编码/解码以及调制速率等特性.仿真结果表明系统具有很好的同步性能和保密性,混沌同步时间约为1 ns,混沌键控编码速率可达1 Gbit/s.研究结果对非相干光反馈与非相干光注入激光混沌同步保密通信系统的设计具有重要参考价值.     

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.     

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     

基于光反馈的单向耦合注入垂直腔表面发射激光器的矢量混沌同步特性研究

基于自旋反向模型(SFM)，数值研究了基于光反馈的单向耦合注入垂直腔表面发射激光器的矢量混沌同步特性，研究结果表明：当外部光反馈时间等于光从发射系统到接收系统传输时间时， x偏振模和y偏振模都能接收最好的完全混沌同步质量.若外部光反馈时间不等于传输时间且注入电流接近阈值电流时，占主导的y偏振模能暂时实现较好的完全混沌同步质量.相比较而言，占主导地位的x偏振模至始至终获得很差的同步质量，另外，当系统输出为混合偏振模时，混合偏振模中的每一个线性偏振模获得很差完全同步质量.然而，当注入电流远大于阈值电流时，系统输出仅为y偏振模，这时y偏振模能稳定地实现最好的完全混沌同步质量.最后，当接收激光器受到线性偏振模的强注入时，每一个注入线性偏振模能与接收激光器输出的对应的线性偏振模实现很好的注入锁定同步.然而，每一个占主导的线性偏振模比另一被抑制的线性偏振模获得更差注入锁定同步质量、如果有相等的能量的两个线性偏振模同时存在，这两个线性偏振模获得差不多一致的注入锁定混同步质量， 换句话说，能量较少的线性偏振能获得较高的注入锁定同步质量. 关键词： 线性偏振态 垂直腔表面发射激光器 完全矢量混沌同步 强注入锁定矢量混沌同步     

基于双光反馈垂直腔面发射激光器的双信道混沌同步通信

利用双光反馈垂直腔面发射半导体激光器(VCSELs) 两个正交偏振模式输出的两个混沌信号作为混沌载波, 构建了一个双信道的混沌保密通信系统, 并对该系统的通信性能进行了数值仿真研究.研究结果表明: 通过合理的选取反馈参量, 双光反馈VCSELs两个偏振模式输出的混沌信号能很好地隐藏外腔反馈延时特性; 双光反馈VCSEL两个偏振模式输出的混沌信号通过偏振保持注入到接收VCSEL中, 在强注入锁定条件下可以实现很好的混沌同步, 同步性能对频率失谐的容忍性随着注入强度的增加而加强; 在附加混沌调制加密方式下, 500 Mbit/s的信号在传输过程中能够得到很好的隐藏, 同时在接收端可以成功解调; 随着通信速率的增加, Q因子呈现下降的趋势, 但对于 6 Gbit/s的信息, Q因子仍大于6. 关键词： 垂直腔面发射激光器 双光反馈 双信道 混沌通信     

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.     

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     

Enhanced chaotic communication in VCSELs with variable-polarization optical feedback and polarization-preserved optical injection

The communication performance and security enhancement in vertical-cavity surface-emitting lasers (VCSELs) subject to variable-polarization optical feedback (VPOF) are investigated numerically. Unidirectional polarization-preserved optical injection (PPOI) scheme is adopted, chaos modulation is utilized for message encryption, and two decoding methods are discussed and compared. The influences of VPOF on the performances of two decoding methods are focused on, and the effects of injection strength and frequency detuning are also considered. The security enhancement is further discussed by analyzing the robustness to mismatched feedback configuration and polarizer angle, as well as the intrinsic parameters. It is shown that, successful message encoding and decoding with Q-factors greater than 6 can be achieved by using unpredictability-enhanced chaotic carrier. In particular, the Q-factors are quite sensitive to the feedback configuration and laser parameters. When an attacker with open-loop is considered, Q-factors are smaller than 3 (6) for division (subtraction) decoding method. Specifically, even when an attacker with close-loop is considered, the Q-factors are lower than 6 when mismatched polarizer angles or intrinsic parameters exceed ±20% for subtraction method, and are more sensitive to parameter mismatch for division method, which enhances significantly the security, and thus is extremely useful for the security-enhanced chaotic communication system.     

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     

激光混沌串联同步以及混沌中继器系统理论研究

提出混沌通信中继器设想，建立半导体激光器激光混沌全光中继器物理模型，理论证明了激光混沌中继器系统的同步.数值实现了发射系统、中继器系统、接收系统的混沌同步，分析了系统反馈系数和同步误差以及同步时间的关系.模拟了中继器系统在激光混沌保密通信中的应用，分别给出了具有正弦信号调制频率0.2GHz和数字信号0.2Gb/s速率的混沌通信以及同步误差分析，表明混沌中继器系统确能改善和提高激光混沌通信的解码质量.分析了中继器系统的带宽和20Gb/s高速率数字信号混沌通信以及同步误差，给出了具有正弦信号调制频率0.1—2 关键词： 混沌 同步 激光器 中继器     

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.