基于垂直腔面發(fā)射激光器的寬帶混沌保密通信研究.pdf

1、隨著科技發(fā)展的日新月異，社會(huì)信息化程度的不斷提高，人們對(duì)于信息的容量、通信速率以及安全性的要求越來(lái)越高，從而促使具備高速率、大容量與高保密性的新型保密通信系統(tǒng)極具應(yīng)用前景?；煦缧盘?hào)具有不可預(yù)測(cè)性、高度復(fù)雜性、易實(shí)現(xiàn)等特點(diǎn)使其用作混沌載波形成的混沌通信具有保密性，尤其基于半導(dǎo)體激光器(SLs)的混沌保密通信可實(shí)現(xiàn)信息的高速保密傳輸且與光纖通信系統(tǒng)有良好的兼容性而成為該領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。但光反饋等延時(shí)機(jī)制的引入使得系統(tǒng)的混沌輸出常常存在明顯的

2、延時(shí)特征，竊密者可利用該延時(shí)特性對(duì)混沌系統(tǒng)進(jìn)行重構(gòu)從而威脅混沌保密通信的安全性;另外，由于半導(dǎo)體激光器的馳豫振蕩頻率對(duì)混沌帶寬具有決定性作用，光混沌的有效帶寬通常被限制在幾千兆，從而限制通信中信息的傳輸速率。因此，尋求一種寬帶寬、弱延時(shí)特征的混沌信號(hào)來(lái)實(shí)現(xiàn)高速率高保密性能的混沌通信具有重要意義。
　　相比傳統(tǒng)的邊發(fā)射半導(dǎo)體激光器(EELs)，垂直腔面發(fā)射激光器(VCSELs)獨(dú)具優(yōu)勢(shì)，如單縱模運(yùn)行、低閾值電流、窄線寬的圓形光輸出、

3、易于集成形成二維陣列等。特別地，VCSELs的有源區(qū)或腔中存在微弱的各向異性使其輸出通常包含兩個(gè)正交偏振分量（即x偏振分量和y偏振分量），他們可以提供更多的擾動(dòng)源以及一些新型的偏振分解擾動(dòng)模式，例如，偏振保持光反饋，偏振旋轉(zhuǎn)光反饋，可變偏振光反饋和相應(yīng)的光注入等。因此，本文主要研究了VCSELs光混沌的延時(shí)特征抑制和帶寬增強(qiáng)及其在混沌保密通信中的應(yīng)用。
　　本文簡(jiǎn)要介紹了混沌基本理論和基于VCSELs光混沌的產(chǎn)生，重點(diǎn)研究了基于雙

4、路耦合的VCSELs(DPMC-VCSELs)系統(tǒng)所產(chǎn)生的延時(shí)特征被抑制且?guī)捲鰪?qiáng)的偏振分解混沌，并與單路耦合VCSELs(SPMC-VCSELs)系統(tǒng)作對(duì)比。采用自相關(guān)函數(shù)(SF)和排列熵(PE)來(lái)識(shí)別混沌信號(hào)中的延時(shí)特征(TDS)，分析研究了耦合延遲時(shí)間對(duì)TDS抑制的影響。結(jié)果表明當(dāng)兩路光耦合的延遲時(shí)間差為DPMC-VCSELs的弛豫振蕩周期一半，TDS可以得到很好的抑制，且DPMC-VCSELs系統(tǒng)對(duì)耦合強(qiáng)度有很好的魯棒性。在最優(yōu)

5、耦合延遲時(shí)間下，研究了頻率失諧和耦合強(qiáng)度對(duì)TDS和混沌帶寬的影響，結(jié)合TDS和帶寬演化map圖，確定了獲取TDS被抑制且?guī)捲鰪?qiáng)的偏振分解混沌的優(yōu)化參數(shù)范圍。同時(shí)基于兩相同1550nm VCSELs之間的偏振分解混沌同步，也提出了另一新型長(zhǎng)距離雙向雙信道混沌保密通信系統(tǒng)。在該系統(tǒng)中，驅(qū)動(dòng)VCSEL(D-VCSEL)在雙外腔反饋(DECFs)下產(chǎn)生的弱TDS混沌信號(hào)，以可變偏振光注入(VPOI)同時(shí)注入到兩相同的VCSELs實(shí)現(xiàn)同步并增大