激光耦合同步及其在光纤混沌保密通信中的应用

本文建立了光纤混沌保密通信耦合同步系统模型,实现了外部光注入分布反馈半导体激光器激光混沌在长距离光纤传输中的耦合同步,证明了光纤的交叉相位调制是限制激光混沌在光纤传输中同步的主要原因,导出了这种传输的极限.该同步系统在长距离光纤混沌模拟和数字保密通信中的数值模拟表明,该系统确有较高的保密性能和反破译能力.光纤混沌保密通信是可以实现的.     

外注入激光同步方程和在保密通信中的应用

本文建立了外部光注入半导体激光器的同步系统误差方程,实现了外部光注入波长1.31μm分布反馈激光器的两个激光混沌系统的同步,其同步误差几乎为零.成功数值模拟了该同步系统在长距离光纤传输中的同步,其同步误差随着传输距离而增加,光纤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,分析了这种传输的极限,讨论了在不同传输距离上的强度噪声和相位噪声对同步误差的影响.在长距离光纤模拟和数字保密通信中应用的数值模拟表明,无论是在时域还是在频域,信息在混沌中都难以分离,确具有很高的保密性能和反破译能力.     

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。     

保密通信以及加密措施与设备

0307660基于混沌无振荡同步的保密系统[刊]/胡国杰//计算机工程.—2002,28(11).—149～150,182(E)0307661激光耦合同步及其在光纤混沌保密通信中的应用[刊]/颜森林//电子学报.—2002,30(11).—1663～1667(C)本文建立了光纤混沌保密通信耦合同步系统模型,实现了外部光注入分布反馈半导体激光器激光混     

光纤混沌双向保密通信系统研究

本文提出光纤混沌双向保密通信设想,通过耦合光注入半导体激光器激光混沌全光耦合反馈同步系统和光纤传输信道,建立了光纤混沌双向通信系统模型,数值实现了该系统在长距离光纤传输中的同步,详细地分析了系统同步时间随光纤传输长度的关系.证明了光纤的交叉相位调制是限制激光混沌在光纤传输中同步的主要原因,导出了系统传输的非线性相移.数值模拟了具有正弦调制信号的调制频率0.5GHz混沌模拟通信和数字信号调制速率0.4Gbit/s以及20Gbit/s的混沌数字通信以及调制速率0.05Gbit/s 混沌键控通信的应用,计算出光纤混沌数字通信速率和同步误差等关系,还特别分析了系统解码特性和调制带宽,表明系统具有非常好的保密性能和具有高速率通信的能力.光纤混沌双向保密通信是可以实现的.     

光注入MQW半导体激光器分岔及其动力学稳定性

研究外部光注入多量子阱激光器四维系统动力学行为及其分岔,数值模拟了外部光注入光强度、频差以及激光器线宽增强参数、驱动电流对分岔的影响,分别得到激光由分岔、周期、多周期进入混沌的过程以及激光混沌频谱.给出了多量子阱激光器静态锁模最大频域公式,导出了注入多量子阱激光器四维系统的一次近似下扰动方程和本征值方程及解,给出了该系统的Hopf分岔条件,理论和数值分析了系统的动力学稳定性行为,并进一步模拟得出激光单周期、双周期、六周期时振荡频率等值.     

光注入MQW半导体激光器分岔及其动力学稳定性

研究外部光注入多量子阱激光器四维系统动力学行为及其分岔,数值模拟了外部光注入光强度、频差以及激光器线宽增强参数、驱动电流对分岔的影响,分别得到激光由分岔、周期、多周期进入混沌的过程以及激光混沌频谱.给出了多量子阱激光器静态锁模最大频域公式,导出了注入多量子阱激光器四维系统的一次近似下扰动方程和本征值方程及解,给出了该系统的Hopf分岔条件,理论和数值分析了系统的动力学稳定性行为,并进一步模拟得出激光单周期、双周期、六周期时振荡频率等值.     

单向耦合半导体激光器之间的混沌同步研究

研究了单向耦合半导体激光器之间的混沌同步。通过计算两个单向耦合的半导体激光器模型的Lyapunov指数,确定了耦合强度的取值范围。进一步设计了耦合控制器,使响应系统的状态变量精确同步于驱动系统。仿真模拟结果表明,该方法可快速有效地实现半导体激光器的混沌同步。     

双环掺铒光纤激光器混沌键控保密通信系统理论模型和数值模拟

提出双环掺铒光纤激光器激光混沌键控保密通信系统及理论模型,通过调制泵浦光参数以实现混沌键控保密通信;分析了通过参数调试补偿克服系统参数失配以减小同步误差的方法:模拟了两个单环掺铒光纤激光器激光和一个双环掺铒光纤激光器激光分别在0码和1码上的混沌同步及其解码,该系统在相空间,在时域和频域都具有很好的保密性能和反破译能力。     

滞后和超前混沌同步的共存和转化

我们讨论了相互耦合的两台单模外腔反馈式半导体激光器强度之间混沌的同步关系．通过描述单模半导体激光的运动方程Lang-Kobayashi方程，对激光系统的数学模型进行数值模拟．结果表明：混沌激光强度的滞后同步和超前同步共同存在；有时滞后同步优于超前同步，有时超前同步反过来占优势，从而在系统的动力学演化行为中出现了两种同步之间的相互转化；     

偏振选择互注入半导体激光器的混沌同步

研究了偏振选择互注入条件下半导体激光器的同步和混沌滤波效应。将单模互注入速率方程扩展为包含两个偏振态的理论模型,并选择X偏振态作为互注入形式,不仅为激光器产生混沌和实现同步提供了条件,还可以完全抑制Y偏振光,实现了纯偏振模式同步。通过频率失调的引入,保持了激光器主从地位的稳定。研究结果表明,主从激光器实现了时差等于注入延时的混沌同步,输出功率表现出高频振荡并伴随有对称性破坏现象。对主激光器进行调制时,同步系统表现出与单向注入相似的混沌滤波效应;对从激光器进行调制时,系统的混沌滤波效应并不明显。     

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。     

Optical Chaotic Communication Using Generalized and Complete Synchronization

We propose a secure optical communication system based on the principles of generalized and complete chaotic synchronization. A transmitter and a receiver both composed by two chaotic external-cavity semiconductor lasers are coupled in a master-slave configuration to provide generalized synchronization, while the master lasers in the transmitter and in the receiver are completely synchronized through the synchronization channel via an optical fiber. A message is added to the transmitter slave laser and sent to the receiver through the information channel to be compared with the output of the receiver slave laser. The system is robust to a small mismatch of the laser parameters or of the coupling between the master and slave lasers, unavoidable in a real system, and can even enable a good communication up to a 5 Gb/s transmission rate using the chaos masking encryption method, when the master laseres are coupled bidirectionally.      

光外注入改善RoF系统多通道传输性能

文章基于半导体激光器速率方程,采用小信号分析模型获得了光外注入激光光源的调制特性表达式;根据调制特性表达式编写了仿真软件Optiwave System的Matlab元件,然后将其作为外注入光源应用到直接调制的多通道传输仿真模型中,用于评估光外注入方法对RoF(光载无线电)通信系统的多通道传输性能的影响。仿真结果表明,光外注入方法有利于减小互调失真的干扰,相对于无外注入的情况,系统传输性能有所改善,且对突破激光器驰豫振荡频率以上的多通道微波信号有更明显的作用。     

High-frequency broad-band signal generation using a semiconductor laser with a chaotic optical injection

Chaotic signals with a flat power spectrum over 20 GHz have been generated using two commercially available semiconductor lasers coupled in a unidirectional master-slave scheme. The master laser has an external optical feedback that induces optical chaos in the laser output. A part of the chaotic light output from the master laser is injected into the slave laser. We experimentally demonstrated the generation of broad-band signals up to 22 GHz using lasers whose relaxation oscillation frequency in the free-running state is only around 6.4 GHz. We also show that the experimental results can be well reproduced by numerical simulations using two coupled rate equations. The numerical investigation shows that the high-frequency broad-band signal generation is owing to two key effects: high-frequency oscillations as a result of beating between the master and slave laser lights, and spectrum flattening due to the injection of the chaotic signal. The flatness, stability, and tunability of the power spectra demonstrated in our experiments suggests that the proposed system can be potentially useful for generation of high-frequency broad-band random signals.     

半导体激光器混沌方式研究

激光混沌保密通信是近年来新兴的一个领域,它通常利用半导体激光器产生混沌,再将传输信号隐藏于混沌信号中,从而达到保密通信的目的。由于每个学者方式取向不同从而衍生出多种产生混沌的方式,本文参考大量文献,综合各种常用方式,将产生混沌的方式进行系统分类。首先分为反馈混沌和注入混沌;其中把反馈型混沌按反馈物质的不同又分为光反馈混沌和光电反馈混沌,而光反馈又有两种类型:反馈相干光和反馈非相干光,最近,更有学者在此基础上提出了双光反馈;然后分别阐述各种混沌类型的系统模型、理论模型及优缺点,将这个新兴领域的理论系统化、完整化。