基于半导体环形激光器的光反馈动力学研究

为了研究半导体环形激光器在外部交叉光反馈情况下的非线性动力学特性, 基于环形激光器的速率方程, 采用数值仿真的方法, 得到了各种反馈参量下的时间序列及功率谱, 并研究了反馈系数对混沌带宽及时间延迟特性的影响。结果表明, 在各种不同外部反馈参量的情况下, 环形激光器展现了单周期、多周期、低频反相波动以及混沌态等丰富的动力学态; 在对称光反馈时, 可得到最大为3.7GHz的混沌带宽; 在时间不对称光反馈时, 产生的混沌信号的时延特征被很好地抑制。该研究结果可为环形激光器的实际应用提供一定的理论参考。     

单向耦合下半导体环形激光器的混沌同步

为了满足保密通信的需求,构建了一种利用两个单向耦合的半导体环形激光器进行混沌同步的系统,通过数值仿真后得到了几种参数下的输出波形、功率谱及自(互)相关图,并讨论了注入参数对同步性能的影响.仿真结果表明:主激光器在交叉反馈的情况下,产生的混沌信号具有较强的时间延迟特征,不利于混沌保密通信.引入自反馈后,时延特征得到了很好...     

相位共轭光反馈下半导体环形激光器的动力学

利用双模行波模型,数值研究了半导体环形激光器(SRL)在相位共轭交叉光反馈下的非线性动力学特性.研究发现,当两个模式的相位变化不同步时,SRL表现出低频反相振荡,其振荡周期随着反馈时间的增大逐渐增加.而对于相位变化同步的情况,通过改变注入强度,SRL可输出单周期态、多周期态和混沌态.利用自相关函数识别了产生的混沌信号的时延特征(TDS)并利用功率谱技术计算了相应的带宽,发现TDS随着反馈强度的增加先逐渐减小再增大,而带宽随着反馈强度的增加呈近似线性增加.这说明通过恰当调节反馈强度,混沌信号的TDS可以被较好地抑制,该信号可应用于安全保密通信和随机数产生中.     

安全性增强的双向长距离混沌保密通信

基于混沌同步,构建安全性增强的双向长距离混沌保密通信系统。结果表明:在合适的双混沌光注入参数下,驱动激光器(DL)可以产生低时延特征(TDS)、宽带宽的混沌信号;DL输出的混沌信号注入到2个响应激光器(RLs)中,通过优化注入参数,2个RLs可输出TDS更低、带宽更宽的混沌信号,且2个混沌信号在实现高质量混沌同步的同时与DL输出混沌保持极低的相关系数(小于0.1);基于2个RLs之间高质量的混沌同步,可实现安全性增强的双向远距离混沌保密通信。采用色散位移光纤作为传输信道,20Gbit/s的信息在传输120km后,解调信息的Q因子大于6;而采用普通单模光纤作为传输信道,1Gbit/s的信息在传输140km后,解调信息的Q因子大于8。     

混沌半导体激光器及其应用研究进展（特邀）

混沌激光具有宽频谱、类噪声、低相干等特性,在通信、雷达、传感等领域有广泛的应用。本文介绍了混沌半导体激光器的3种主要工作机制,分别为光反馈、光注入和光电反馈;重点研究典型混沌半导体激光器的频谱带宽、时延特征,以及复杂度等性能及其研究进展;进一步论述光子集成混沌半导体激光器的发展趋势;最后介绍混沌半导体激光器在保密光通信、随机数生成器、激光雷达、分布式光纤传感、混沌光时域反射计等领域的应用现状。本文可为高带宽、低时延混沌半导体激光器的发展和应用前景提供借鉴。     

光子集成混沌半导体激光器研究进展（特邀）

混沌激光具有宽频谱、类噪声、低相干等特性,在保密光通信、高速随机数、混沌激光雷达、混沌光时域反射仪和分布式光纤传感等领域具有重要的应用价值。光子集成混沌激光器是混沌激光应用的核心器件,具有体积小、性能稳定、成本低等优点。综述了近十年来光子集成混沌半导体激光器的进展及其主要应用。首先介绍了混沌半导体激光器的集成方式;接着介绍了光子集成混沌半导体激光器的分类,根据其扰动方式讨论了直腔单反馈、多腔反馈、环形腔反馈、二维外腔反馈、互注入等结构,并对比分析了各自的优势与输出特性;然后介绍了光子集成混沌半导体激光器在光时域反射仪、保密光通信和高速随机数产生等方面的应用;最后,讨论了光子集成混沌激光器的关键集成技术、时延特征抑制及间歇混沌的特性。     

单环掺铒光纤激光器光延迟反馈的混沌控制

为了找到更加简单稳定激光系统的混沌化方法,采用光延迟反馈方法对单环掺铒光纤激光器特性进行了数值仿真,得到了各种周期现象而且产生了混沌现象。结果表明,利用单模单环掺铒光纤激光器,在附加光延迟反馈环路的方法下可以实现混沌控制。这一结果对应用于保密通信的混沌化简化具有重要意义。     

一种新的混沌同步及保密通信方式

本文提出一种新的混沌同步及保密通信方式。在发送端，将信息信号与混沌载波的和经取模运算后再嵌入混沌动力系统的迭代之中以实现调制；在接收端，用一个相应的非动力学系统从接收信号中提取混沌载波并进而恢复信息信号。研究表明，该混沌同步方式具有较强的抗干扰能力并且实现容易；该保密通信系统保密性能良好。     

光纤中的色散和非线性效应对混沌同步的影响

基于描述光反馈半导体激光器的动力学以及信号在光纤信道中传输的理论,研究了光纤中色散和非线性效应对混沌信号传输以及发射和接收激光器的混沌同步特性的影响,目的是为远程光纤混沌保密通信提供理论指导。数值模拟结果表明:光纤非线性效应只影响信号的位相,不会影响混沌信号的强度;光纤色散将使混沌信号发生严重变形,影响混沌系统的同步性能:通过在接收器的前端放置放大器以补偿光纤的损耗,信号经过200km的色散位移光纤传输后,发射和接收激光器输出混沌信号的关联系数仍可达到0.99,即系统可达到很好的同步性能。     

Po1SK调制混沌保密光通信的实验研究

将Po1SK技术应用到混沌保密光通信中.利用半导体光放大器(SOA)构成光纤环状激光器产生偏振态混沌信号,并利用SOA的互相位调制(XPM)效应,通过信号光输入到激光器中,将传输数据动态地调制到混沌信号的偏振态上,实现数据保密通信.对Po1SK混沌保密通信的基本原理进行了说明,给出了实验系统基本性能的测试结果,并进行了讨论.     

利用耦合时延增强激光混沌系统安全性能研究

安全性是混沌通信中的重要问题。基于一个外光反馈半导体激光器驱动两个互耦合激光器的混沌通信系统,研究激光混沌系统中反馈时延与耦合时延特征,并应用龙格-库塔法进行动态仿真。重点分析了当调节一些可控参数(耦合时延和驱动强度)时,能够改变两耦合激光器输出自相关函数中反馈时延和耦合时延幅值的差异,以此掩藏反馈时延,从而得出更优载波。仿真结果说明利用耦合时延可以增强激光混沌系统的安全性。最后给出了在优化载波后系统同步质量的讨论。     

基于多层密钥的混沌映射保密通信系统

 针对低维映射安全性的弱点,提出一种混沌遮掩保密通信的改进方案.该方案利用分层的两级密钥管理体制,将加密用的混沌序列改为动态参数,在提高密文安全性能的同时,不降低加密速度和传输速度.论证表明,低维映射仍有很好的应用潜力.     

半导体激光器混沌双向保密通信系统理论研究

提出外部光注入半导体激光器激光混沌全光耦合-反馈同步系统，进行激光器系统稳定性动力学分析并计算出最大Lyapunov指数，导出系统的同步误差扰动方程以及系统有混沌隐藏编码时的同步误差公式和解调公式，数值证明并模拟实现了系统的混沌同步，分析同步瞬态响应和噪声影响，该系统具有较强的抗干扰能力。模拟具有正弦调制信号的调制频率0．2GHz混沌模拟通信和数字信号调制速率0．2Gb／s的混沌数字通信以及调制速率0．05Gb／s混沌键控通信的应用，特别分析了系统解码特性和调制带宽，系统无论是在时域还是在频域，都具有非常好的保密性，该系统可以作为混沌双向保密通信使用。研究表明系统准许在一定范围内可以有参数失配，系统的实际应用是有可能的。     

耦合半导体激光器的多调制延时混沌同步

为了研究多调制延时混沌系统的动力学,用数值计算法研究了非相干光反馈与非相干光注入半导体激光器的多常数延时与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与发送激光器频率完全匹配。另外,研究了非相干光反馈半导体激光器输出自相关函数。结果表明,多常数延时和多调制延时两种情况下都能获得高质量的同步,但在多调制延时系统中自相关函数的延时标识可以被隐藏,这一特性大大提高了系统的安全性,非常适用于混沌保密通信系统。     

异结构时滞不确定混沌系统的同步/反同步控制及其应用

为了研究具有不同参数的两个不确定时滞混沌系统的同步与反同步控制及在保密通信中的应用,首先对反馈时滞Lorenz混沌系统的系统参数进行重新设计,并引入正弦函数扰动,获得两个具有不同吸引子的时滞混沌系统.采用主动控制方法实现了具有不同参数的时滞混沌系统的同步及反同步控制.为了实现保密通信,将明文信号参与混沌运算,并结合混沌...     

一种单输入控制器下的忆阻混沌同步电路设计与实现

该文提出一种在单输入控制器下基于忆阻器的混沌同步模拟电路设计及其实现方法,并将它应用于基于忆阻混沌同步的保密通信.首先,基于混沌同步理论,构建了混沌同步系统及保密通信模型,并设计实现了一种4阶压控忆阻混沌电路和混沌加密解密电路.其次,将所设计的忆阻混沌电路作为混沌驱动和响应电路,根据它们的误差系统设计了一种单输入混沌同...