基于半导体环形激光器的高速双向双信道混沌保密通信研究

发布时间：2017-06-22 05:11

  本文关键词：基于半导体环形激光器的高速双向双信道混沌保密通信研究，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：随着信息化社会的高速发展,具有高速率、高保密性、多信道的安全通信系统已经成为领域内研究的热点。而基于半导体激光器的光混沌系统具有宽带宽、高度复杂性以及与现有光纤通信系统的良好兼容性等优势。目前,人们对基于半导体激光器的长距离混沌保密通信进行了一系列的研究,并取得了一系列很有意义的研究成果。最近,研究者发展了一种新型的半导体激光器:半导体环形激光器(Semiconductor Ring Lasers,SRLs)。相比其它类型半导体激光器而言,SRLs具有环形谐振腔,腔内激光并不需要端面或者反射镜来提供反馈,有高集成度、小尺寸、低阈值、低功耗等独特优势。特别的,SRLs可激发两个沿相反方向传输的模式,即顺时针模式和逆时针模式,这就为双信道并行通信提供了可能。目前的光混沌保密通信方案主要是单向单信道的方式。因为受到激光器的响应带宽限制,这样的方案其信息传输能力仍然是较低的。因此,研究基于SRLs的高速双向双信道混沌保密通信就具有了重要意义。本文提出了一种基于SRLs构建的新型高速双向、双信道混沌保密通信系统。在该系统中,首先利用交叉双光反馈对驱动半导体环形激光器(Driving SRL,D-SRL)的顺时针模式和逆时针模式的混沌延时特征进行抑制。然后将此混沌信号注入到一对响应半导体环形激光器(Responding SRL,R-SRLs)对应的顺时针模和逆时针模中,以实现带宽的增强及混沌同步。最后基于R-SRLs之间的混沌同步,实现高速率、双向、双信道的混沌保密通信。通过对D-SRL在交叉双光反馈作用下的混沌特性、以及R-SRLs在不同条件下的同步特性进行了相关理论和仿真研究,结果表明:D-SRL在合适的交叉双光反馈作用下可以产生延时特性被良好隐藏的顺时针模式和逆时针模式混沌信号;在该混沌信号的注入下,R-SRLs输出的混沌信号带宽可以得到明显增强;通过设置合适注入强度值和频率失谐值,R-SRLs之间可实现高质量的等时混沌同步。最后,对系统的双向、双信道保密通信特性进行了讨论。当10 Gbit/s信号传输距离为10 km时,解调信息Q因子值仍可保持在6以上。然后,本文讨论了基于光电反馈SRLs的高速双信道混沌保密通信方案。在该方案中,首先利用光电反馈使D-SRL的顺时针模式和逆时针模式产生复杂的混沌信号。然后将此混沌信号以光电注入的方式注入到一个R-SRL中,使D-SRL和R-SRL之间保持混沌同步,最后实现高速率、双信道的保密通信。通过对D-SRL在光电反馈作用下的混沌特性、以及D-SRL与R-SRL在不同条件下的同步特性的理论和仿真研究,结果表明:D-SRL在合适的光电反馈作用下可以产生良好的顺时针模式和逆时针模式混沌信号。并在该混沌信号的注入下,D-SRL和R-SRL可实现高质量的混沌同步。最后数值仿真实现了10 Gbit/s信号的双信道保密通信。
【关键词】：半导体环形激光器 混沌保密通信 双向双信道
【学位授予单位】：西南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TN918;TN248.4
【目录】：

• 摘要6-8
• Abstract8-10
• 第1章 绪论10-18
• 1.1 引言10-11
• 1.2 混沌11-12
• 1.2.1 混沌定义11
• 1.2.2 混沌的特性11-12
• 1.3 混沌同步12-15
• 1.3.1 混沌同步定义12-13
• 1.3.2 混沌同步的分类13
• 1.3.3 混沌同步的控制方法13-15
• 1.4 基于混沌同步的保密通信15-16
• 1.5 本文研究内容16-18
• 第2章 半导体环形激光器及其理论模型18-28
• 2.1 引言18
• 2.2 SRLs基本理论18-24
• 2.2.1 SRLs的工作原理18-19
• 2.2.2 SRLs的结构19-23
• 2.2.3 SRLs的理论模型23-24
• 2.3 SRLs混沌产生的理论研究24-27
• 2.3.1 基于交叉双光反馈SRLs混沌输出的研究24-26
• 2.3.2 基于光电反馈SRLs混沌输出的研究26-27
• 2.4 本章小结27-28
• 第3章 基于交叉双光反馈SRLs的高速双向双信道混沌保密通信研究28-37
• 3.1 引言28-29
• 3.2 系统结构与速率方程29-30
• 3.3 结果与讨论30-36
• 3.3.1 D-SRL的外腔反馈延时特性31-32
• 3.3.2 R-SRLs输出的混沌带宽32
• 3.3.3 D-SRL、R-SRLs之间的混沌同步特性32-34
• 3.3.4 R-SRLs之间参数失配对同步性能的影响34-35
• 3.3.5 信息的加载与解调35-36
• 3.4 结论36-37
• 第4章 基于光电反馈SRLs的混沌保密通信研究37-44
• 4.1 引言37
• 4.2 系统结构与速率方程37-38
• 4.3 结果与讨论38-41
• 4.3.1 D-SRL的光电反馈特性38-39
• 4.3.2 D-SRL与R-SRL之间的混沌同步特性39-40
• 4.3.3 信息的加载与解调40-41
• 4.4 高速双向双信道混沌通信41-43
• 4.5 结论43-44
• 第5章 结束语44-46
• 参考文献46-55
• 致谢55-56
• 攻读硕士期间发表的论文56

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