基于光纖信道的光混沌通信(畢業(yè)論文)-在線瀏覽
2025-08-09 22:50本頁面
【正文】 表面平行。這樣，就構(gòu)成了激光頭的主體。發(fā)射系統(tǒng)和接收系統(tǒng)由內(nèi)部參數(shù)相同的單模半導(dǎo)體激光器組成,且由光纖連接兩部分。放大器用于補償光纖損耗,在本文的討論中,假定放大器對信號實現(xiàn)理想的線性放大,且能使經(jīng)過光纖傳輸后的混沌信號的平均功率恢復(fù)到從發(fā)射端輸出時的水平。TL為發(fā)射DFBLD,RL為接收DFBLD,BS為分束器,EM為外部反射鏡,ISO為光隔離器,A為光放大器,FD為光電探測器其中,下標“t”,“r”分別表示發(fā)射和接收DFBLD。E是激光器的慢變場振幅,Eext是接收DFBLD的注入慢變場振幅,κr是注入場耦合進接收DFBLD的耦合系數(shù),N為腔內(nèi)載流子數(shù),N0為透明載流子數(shù),α為線寬增強因子,β是自發(fā)輻射率,γ為外腔反饋系數(shù),τ為激光器的外腔反饋時間,τp是光子壽命,τn是載流子壽命,ω0是激光器中心角頻率,g為微分增益系數(shù),s為增益飽和因子,I是偏置電流,e是電子電荷,ξ為單位強度的朗之萬噪聲?？紤]到光纖的色散、損耗和非線性效應(yīng)的情況下,混沌信號在光纖中的演化規(guī)律可由非線性薛定諤方程來描述〔14〕。方程(4)是非線性偏微分方程,在一般情況下很難求出其解析解,但可以通過計算機進行數(shù)值求解,分布傅立葉法是目前最為廣泛采用的方法。增加自由度典型的方法就是通過外部光注入、光反饋或光電反饋，如圖1所示。通過控制注入光強度、相位以及主從激光器的頻率失諧，從激光器能夠輸出穩(wěn)定的混沌態(tài)。外部反饋可以是相干光的反饋或是非相干光反饋，可以是單反饋或是雙反饋，可以是一般的平面鏡反饋或是光柵濾光反饋。光電反饋是指半導(dǎo)體激光器輸出的光信號用高速光電探測器轉(zhuǎn)化為電信號，并采用適當?shù)碾娐愤M行處理(延時、帶通濾波、放大)等，再與激光器的偏置進行疊加反饋到激光器中，控制半導(dǎo)體激光器產(chǎn)生混沌的方式，如圖1(c)所示。在時域上具有類似噪聲的隨機變化，如圖2(a)所示。頻域上對應(yīng)的頻譜具有平坦、寬帶的特性，如圖2(c)所示?；煦缂す獾淖韵嚓P(guān)曲線還具有類似于d函數(shù)的線形，如圖2(d)所示，可用于抗干擾測量信號。由于混沌激光的特性逐漸被掌握，混沌激光日益顯示出在以下幾個方面的重要應(yīng)用。因此，保密通信在金融、商業(yè)等領(lǐng)域有著極為重要而廣泛的應(yīng)用前景。量子通信可以最終解決密鑰分配問題，但目前亟待解決傳輸速率低和實用化技術(shù)障礙兩大瓶頸。與現(xiàn)行的數(shù)字加密技術(shù)相比，混沌保密通信是依靠物理層面上的硬件加密，只有當接收者具有與發(fā)射機參數(shù)匹配的接收機時，才能接收到信息，否則，接收者(竊聽者)只能收到類似噪聲的混沌信號。近十幾年來，人們對混沌激光保密通信進行了大量的研究。1996年，Mirasso等提出半導(dǎo)體激光器可實現(xiàn)混沌同步。1998年，Van Wiggeren等在《science》上報道了用兩個光纖激光器實現(xiàn)混沌保密通信的研究。同年， kHz方波信息的解調(diào)。2002年，Kusumoto等用兩個780 GHz正弦信號的混沌保密通信。2004年。2005年11月，歐洲OCCULT項目的研究小組在希臘雅典城利用總長為120 km的商用光通信網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)了數(shù)據(jù)傳輸速率為1 Gb/s，誤碼率為107的混沌保密通信。2006年歐盟第六屆科技框架計劃啟動了畢加索(Photonic Integrated Components Applied to Secure chao Sencoded Optical munications systems，PICASSO)計劃，重點對混沌通信系統(tǒng)中的有源和無源器件進行研制，旨在提供可實現(xiàn)波分復(fù)用的混沌保密通信系統(tǒng)。2007年，臺灣清華大學(xué)林凡異博士等理論研究了混沌光通信在ROF(Radio Over Fiber)通信技術(shù)中的應(yīng)用。潘煒課題組對VCSEL模式選擇和偏振控制，互注入和非對稱注入產(chǎn)生混沌進行了理論研究。黃肇明課題組研究了光電雙延時反饋混沌系統(tǒng)在高速光保密通信中的應(yīng)用。太原理工大學(xué)實驗實現(xiàn)了基于光纖環(huán)形腔反饋半導(dǎo)體激光器頻譜平坦的寬帶混沌同步。它利用結(jié)構(gòu)相同的一對接發(fā)器耦合產(chǎn)生相同的混沌載波(即混沌同步)，待傳輸?shù)男畔㈦[藏在混沌載波中，接收者將接收到的信號(混沌載波＋信息)與本地產(chǎn)生的混沌信號相減即提取出所加密的信號，其原理示意圖如圖3所示。所謂混沌同步，就是讓發(fā)射器的混沌載波信號與被注入接收器輸出的混沌信號相同。圖4(a)中藍色線為發(fā)射激光器的混沌輸出，紅色
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