半导体激光器混沌输出的时延特征与带宽特性分析

发布时间：2017-08-13 16:33

  本文关键词：半导体激光器混沌输出的时延特征与带宽特性分析

  更多相关文章： 外光反馈半导体激光器 混沌保密通信 时延特征隐藏 带宽增强

【摘要】：半导体激光器(Semiconductor Laser, SL)是常用的光源之一,因附加自由度的引入会呈现出丰富的动态特性,日益引起国内外学者的广泛关注。通过合理地选择控制参数,SL能够产生复杂的混沌信号,从而广泛应用于高速随机数发生器、保密通信等重要领域。随着大规模集成电路的不断发展,混沌SL在信息安全和保密通信领域的应用正逐步走进实用化。但是近年来经研究发现激光混沌光源因外腔反馈会产生明显的时延特征,这种特征通过相关性分析可以轻易获取,不仅破坏了混沌光通信系统的安全性,还会增加高速随机数发生器后处理技术的复杂度,因此如何消除混沌信号的时延特征具有重要的理论意义和实用价值。本论文基于外光反馈半导体激光器,通过系统分析激光混沌输出的时延特征及带宽特性,探究相关参数的影响,旨在优化混沌输出,提升混沌系统的应用价值。具体研究内容及结果如下：(1)基于外光反馈SL的单光注入结构,引入激光器参数失配,详细阐述了通过主从激光器参数失配来消除混沌信号时延特征的方法。利用自相关函数作为量化工具,对混沌信号的时延隐藏效果进行量化分析,数值研究了主从激光器间的参数失配对混沌信号时延消除的影响,并结合注入强度与频率失谐开展了进一步综合研究。研究结果表明：在相同控制参数条件下,引入激光器参数失配对时延隐藏的效果影响显著；参数失配率在-0.4-0范围内有助于在从激光器混沌输出中隐藏主激光器外腔引入的反馈时延；而且,当主激光器注入强度在10 ns-1～20ns-1范围内,主从激光器频率失谐控制在-20GHz附近时,时延隐藏效果最佳。因此,由该单光注入系统产生的混沌信号可显著提高混沌载波的安全性。(2)利用外光反馈SL与半导体环形激光器(SRL),组成注入型激光器系统,该系统包括三个激光器,外光反馈SL作为主激光器(M-SL),其外反馈腔引入反馈时延信息,两个SRL分别作为中间激光器(I-SRL)与从激光器(S-SRL)。利用数值方法探究该系统输出混沌信号的时延特征与带宽特性,并结合注入强度与频率失谐进行了详细分析,仿真结果表明,该系统能够在较大参数范围内(注入强度与频率失谐)同时实现时延特征隐藏与带宽增强,其作用机理为：通过选取合适的控制参数使M-SL与I-SRL组成的主从结构产生时延特征隐藏的混沌信号,再将该时延隐藏信号注入到S-SRL产生时延隐藏的带宽增强信号；最后利用归一化排列熵对混沌信号的不可预测性进行了简要分析。该激光器结构为混沌保密通信与高速物理随机数发生器提供了一种新的混沌生成方案。
【关键词】：外光反馈半导体激光器 混沌保密通信 时延特征隐藏 带宽增强
【学位授予单位】：西南交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TN248.4
【目录】：

• 摘要6-7
• Abstract7-11
• 第1章 绪论11-15
• 1.1 课题研究背景及意义11-12
• 1.2 国内外研究现状12-13
• 1.3 论文主要内容及目标方法13-15
• 1.3.1 论文主要内容13-14
• 1.3.2 研究目标及方法14-15
• 第二章 外光反馈SL的理论模型与分析方法15-24
• 2.1 外光反馈SL的速率方程及计算方法15-21
• 2.1.1 Lang-Kobayashi速率方程15-18
• 2.1.2 数值计算方法18-21
• 2.2 外光反馈SL结构的动态特性21-22
• 2.3 外光注入SL结构的动态特性22-24
• 第三章 基于混沌光注入实现时延特征隐藏的研究24-36
• 3.1 时延特征分析工具及参数定义24-26
• 3.2 外光注入SL系统的输出特性26-27
• 3.3 激光器参数失配对时延特征隐藏的影响27-34
• 3.3.1 激光器参数单独失配27-28
• 3.3.2 激光器参数综合失配28-32
• 3.3.3 基于相位时间序列的时延特征分析32-34
• 3.4 本章小结34-36
• 第四章 基于注入型激光器结构的混沌信号优化36-55
• 4.1 激光器系统结构及速率方程36-39
• 4.2 激光器系统的输出特性39-42
• 4.3 时延特征与带宽特性分析42-50
• 4.3.1 I-SRL的输出特性43-45
• 4.3.2 S-SRL的输出特性45-50
• 4.4 不可预测性分析及系统拓展50-54
• 4.5 本章小结54-55
• 总结与展望55-57
• 致谢57-58
• 参考文献58-63
• 攻读硕士学位期间发表的论文63

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7 江涛;量子阱结构红外半导体激光器[J];红外;2000年07期

8 ;半导体激光器[J];中国光学与应用光学文摘;2001年02期

9 金友;日趋成熟的数千瓦级半导体激光器[J];光机电信息;2001年01期

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2 陈良惠;;我国半导体激光器的新进展(报告内容摘要)[A];光电技术与系统文选——中国光学学会光电技术专业委员会成立二十周年暨第十一届全国光电技术与系统学术会议论文集[C];2005年

3 张玉驰;王晓勇;李刚;王军民;张天才;;自由运转半导体激光器边模间的强度起伏关联[A];中国光学学会2006年学术大会论文摘要集[C];2006年

4 雷志锋;黄云;杨少华;;半导体激光器的可靠性筛选和寿命评价[A];中国电子学会可靠性分会第十三届学术年会论文选[C];2006年

5 徐强;;半导体激光器的矢量光场分析[A];中国光学学会2011年学术大会摘要集[C];2011年

6 肖树妹;梅海平;黄宏华;饶瑞中;;半导体激光器电流频率调制率的测量[A];第九届全国光电技术学术交流会论文集（上册）[C];2010年

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10 许文海;王艳;林龙涛;;半导体激光器环境温度控制仪的研究[A];2004全国测控、计量与仪器仪表学术年会论文集（下册）[C];2004年

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1 ;半导体激光器应用市场广阔[N];中国电子报;2000年

2 正　子;超宽带半导体激光器问世[N];光明日报;2002年

3 王晶;朗讯贝尔实验室推出新款半导体激光器[N];通信产业报;2002年

4 周硕;日亚化学推出488nm波长半导体激光器[N];电子资讯时报;2008年

5 ;高性能超宽带半导体激光器[N];人民邮电;2002年

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7 中国科学院半导体研究所研究员 惠州市中科光电有限公司副总经理 李玉璋;光存储技术升级考验元器件配套能力[N];中国电子报;2005年

8 刘晶;超宽带半导体激光器问世[N];中国电子报;2002年

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3 康健斌;脉冲式半导体激光器驱动源的设计[D];西安电子科技大学;2011年

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5 张毅;半导体激光器光混沌和同步的理论研究[D];西南师范大学;2005年

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本文编号：668277