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     

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     

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.     

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．     

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     

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。     

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.     

掺铒光纤激光器反相位混沌同步及其编码

针对单模双环掺铒光纤激光器具有光耦合相互作用的非线性动力学特点,应用“交叉注入反相位双环对两环主动—被动”混沌同步方法,数值模拟实现了两组相互独立的单模单环掺铒光纤激光器激光分别和单模双环掺铒光纤激光器对应环激光混沌同步;提出并数值模拟了具有调制频率1kHz和15kHz的正弦信号的双环—两环的两路混沌隐藏编码保密通信系统,它们解码质量好,保密性能强,可以很好地应用在混沌多路保密通信中。     

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     

高速多量子阱激光器混沌保密通信系统研究

研究了外部光注入高速多量子阱激光器激光混沌全光保密通信系统,导出系统同步方程,理论证明并数值实现了系统的同步,分析了增加反馈系数以缩短同步时间且增强系统同步稳定性的方法。研究分析了多量子阱激光器混沌隐藏和混沌键控保密通信全光调制解调系统模型,数值模拟了具有正弦调制信号的调制频率0．2GHz混沌模拟保密通信和数字信号调制速率20Gb／s的混沌数字保密通信以及调制速率0．05Gb／s混沌键控保密通信的应用,系统确实具有较高的保密性能和反破译能力;分析了混沌数字信号保密通信调制带宽20Gb／s调制解调时的同步误差以及混沌键控调制速率,系统都具有非常好的调制解调特性,且在高速混沌通信中,系统解调具有相对较小的同步误差,而1Gb／s是混沌键控通信的速率上限。     

双信道偏振复用保密通信系统的完全混沌同步的操控性研究

针对双信道偏振复用保密通信系统,利用线性电光效应,提出了一种新的完全混沌同步的控制方案.在该方案中,每一个线性偏振模的完全混沌同步质量随外加电场成准周期性变化.其变化规律:完全混沌同步?剧烈振荡;固定一定的外加电场,电光调制促使其完全混沌同步质量对偏置电流和反馈强度的稳健性获得极大的加强.在较大的偏置电流和反馈强度范围内,每一个线性偏振模能够实现完全混沌同步,并且调制到每一个线性偏振模的加密信号基本上能够恢复.     

Two chaos synchronization schemes and public-channel message transmission in a mutually coupled semiconductor lasers system

Chaos synchronization and message transmission of a mutually coupled system consisting of two semiconductor lasers (SLs) and a partially transparent mirror (PTM) in between are investigated theoretically. Analytical results show that two types of chaos synchronization schemes, named as isochronal synchronization (IS) and leader/laggard synchronization (LLS), can be achieved by adjusting the reflectivity and position of PTM. By establishing SIMULINK model, numerical simulations illustrate that as the PTM is positioned at the center of two lasers, IS is available when the reflectivity of PTM is moderate. The LLS is achieved when the reflectivity of PTM equals to 0.5, which means feedback strength equals to coupling strength. Its lag time is just determined by the difference of feedback delay time. The investigations of mutual chaos pass filtering (MCPF) effects and the secure chaotic communication simulations indicate that IS allows real-time bidirectional message transmission on a public-channel, while LLS can achieve higher security chaotic communication by using its lag time as cryptography key. The demonstrated system can be used as a rudiment of array chaos communications system.     

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     

Chaos synchronization and encoding in coupled semiconductor lasers of multiple modulated time delays

We numerically investigate the synchronization performance of unidirectionally and bidirectionally coupled chaotic semiconductor lasers subject to multiple modulated time delays optical feedbacks. Moreover, by studying the autocorrelation function of the coherent feedback semiconductor laser output, we find that the signatures of time delays can be erased in systems incorporating modulated feedback time delays, which largely improve the system security. Finally, chaos masking switching (CMS) is utilized to examine the communication ability. Numerical results indicate that the messages could be successfully recovered both in unidirectionally and bidirectionally coupled lasers, which confirms the possibility of applying multiple modulated delay system in optical chaos secure communication.     

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.     

Generation and synchronization of feedback-induced chaos in semiconductor ring lasers by injection-locking

A smart scheme for chaotic signal generation in a semiconductor ring laser (SRL) with optical feedback is proposed and investigated numerically. The chaotic oscillation in the SRL can be generated by the partial reflection of the laser output. Time series, attracter and the power spectrum, as well as the Lyapunov exponent spectrum, are calculated and analyzed. We also study the synchronization scheme of feedback-induced chaos in SRLs by optical injection that consists of a drive SRL with optical feedback and a response SRL with optical injection from the drive laser. High-quality synchronization is achieved with suitable injection strength and detuning frequency between the drive and the response SRLs.     

光学双稳系统混沌驱动保密通讯原理研究

根据声光双稳系统混沌驱动下的动力学行为，提出利用系统的相位特性实现信息的混沌加密，并且由接收端混沌驱动产生的混沌信号完成信息提取的原理。发现在较大的噪声覆盖下仍然可以实现信息的安全传送，由于信息解密不需要与载波安全同步的混信号而只利用传输信号与接收端被驱动系统输出信号的相位关系，因此这种方法具有实际应用价值。     

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