新型三激光器结构的混沌同步特性

设计了一种新型的闭环双向三激光器混沌保密通信系统,驱动激光器基于延时外光反馈,两个参数完全相同的响应激光器在自身延时反馈和驱动激光器的驱动下实现混沌同步。建立了相应的理论模型,研究了系统的分岔特性、同步性以及内部参数失配对其同步性能的影响,并与不含自身光反馈的开环系统进行了比较。研究结果表明,当系统参数满足一定条件时,两个响应激光器的关联极值接近于1,而驱动激光器和响应激光器的相关性很小。与开环系统相比,该系统的载波带宽拓宽了约1.99GHz,对参数失配比较敏感并具有更好的保密性能。     

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。     

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。     

单参数统一混沌系统的自适应控制同步

研究了单参数统一混沌系统的同步问题,提出了参数自适应控制同步方法;通过构造适当的控制函数和设计参数的自适应控制律,实现了两个不同参数的统一混沌系统的同步;根据Lyapunov稳定性定理,导出了两不同参数混沌系统能实现同步的充分条件,无论驱动系统处于何种状态,该方法都可使响应系统按照驱动系统给定的轨道演化。数值仿真表明了该方法的有效性。     

双区半导体激光器的超混沌及同步

基于双区半导体激光器的速率方程,研究了双区半导体激光器的超混沌现象,给出了双区半导体激光器产生超混沌的条件;利用驱动-响应法实现了双区半导体激光器的超混沌同步,通过计算激光系统最大条件李亚谱诺夫指数随注入强度的变化,得到实现超混沌同步的注入参量的取值范围.     

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.     

基于对称相移键控混沌同步的高速密钥安全分发

提出一种基于对称相移键控混沌同步的高速密钥安全分发方案：混沌驱动信号对称地经过两个非平衡马赫-曾德尔干涉仪驱动无外腔反馈的响应激光器,并通过随机键控马赫-曾德尔干涉仪中的相位调制器实现相移键控混沌同步。通信双方对相移键控混沌同步时序进行双阈值量化产生随机密钥,然后交换、对比键控参数并筛选出参数相同（即键控相位相同）时的随机密钥作为一致密钥,实现密钥分发。本方案中,混沌驱动信号经过非平衡马赫-曾德尔干涉仪产生了基于延时自干涉的非线性变换,降低了驱动信号与响应信号之间的相关性（～0.25）,提高了密钥分发的安全性。此外,利用共驱无外腔反馈响应激光器构成开环同步结构,缩短混沌同步恢复时间至～1.8 ns,提高了密钥分发速率。数值仿真结果表明,在误码率为3.8×10^-3的条件下,可实现1.28 Gbit/s的高速密钥安全分发。     

基于主动-被动法对电光双稳态系统的混沌控制和同步研究

将主动-被动同步法改进后,用于对长延迟状态下电光双稳态系统进行混沌控制和同步研究,分别采用单向驱动方法和驱动-耦合方法研究电光双稳态系统的混沌控制和同步。数值模拟表明,在适当参数条件下应用单向驱动方法,驱动系统可以将响应系统控制到各周期状态,且驱动系统的状态决定了响应系统的状态;适当选取耦合系数和驱动强度,两种方案都可以实现驱动系统与响应系统之间的混沌同步。从同步效果上来看,驱动-耦合方法所需耦合系数更小,可控的耦合系数范围比较广,同步效果更好。     

单向耦合VCSEL偏振模的同步与编码

为了研究单向耦合垂直腔面发射激光器系统的混沌动力学及其在通信中的应用,采用数值仿真的方法,理论研究了两个单向耦合的垂直腔面发射激光器偏振模的同步特性,并通过对发射激光器偏振态相位的调制实现了该系统的编码。结果表明,主激光器和从激光器相应模式间可以获得高性能的同步,而且存在两个明显的同步区域——完全同步和注入锁定同步。加载的数字信息也可以在从激光器每个偏振分量中还原,这表明可以利用单模或多横模垂直腔面发射激光器进行多信道混沌通信。     

两类混沌激光保密通信方案的性能分析

半导体激光器在外加扰动下,可以产生高维宽带的混沌激光信号,是实现高速保密通信的理想载波。本文数值研究了混沌调制和混沌隐藏两种信息加载方式下的混沌激光保密通信系统的性能,分析了两种信息加载方式下系统分别传输正弦信息和数字信息时的信噪比和Q因子的变化情况,研究了两种信息加载方式下系统的相关系数随调制深度的变化趋势。结果表明,不同的调制深度或调制频率/速率都会影响系统的性能,且混沌调制方式的系统性能优于混沌隐藏方式。     

两维网格空间耦合激光阵列的时空混沌同步

通过数值模拟对两维3×3单模 激光网格阵列的动力学行为进行了研究。阵列中的激光束在光场中通过空间的局部耦合产生相互作用,可以通过对激光参数设置进行调节。数值研究表明,在一个相对较小区域的参数范围内,当任两台激光之间的空间耦合作用距离一定时,相应的激光束的强度之间可以实现混沌同步,并且具有特点: 处于次对角线或与其平行的对角线的对应位置上激光都可以实现混沌同步状态。通过对该激光阵列的功率谱和李雅普诺夫指数的计算和分析,可以确信所研究的强度同步的激光系统处于混沌状态。     

光反馈垂直腔面发射半导体激光器的混沌驱动同步

基于光反馈垂直腔面发射半导体激光器动力学模型,通过分析光子数密度随光反馈强度变化的分岔情况,确定了激光器处于混沌态时的参数区间。利用混沌信号驱动同步方案,实现了两个被驱动激光器的精确混沌同步,并通过对两个被驱动激光器相关系数的分析,确定了它们达到精确混沌同步的参数区间。研究了参数失配对同步的影响,结果表明该同步方案有很好的稳健性。     

Synchronization of chaotic systems modulated by another chaoticsystem in an erbium-doped fiber dual-ring laser system

We show that two chaotic systems in erbium-doped fiber dual-ring lasers can be synchronized by using the output of one chaotic system (called the driving system) to modulate the parameters of the two systems. Numerical calculation shows that when the stiffness of modulation is properly adjusted, the two systems can he synchronized. Simultaneously, we find that when the driving system is in various periodic states, the two synchronized systems can go into periodic states     

多变量耦合实现双环掺铒光纤激光器混沌同步

根据双环掺铒光纤激光器的理论模型,提出多变量单向耦合法实现混沌同步,对主从系统模型进行数学推导,研究不同参数条件下双环掺铒光纤激光器的混沌同步,得到实现混沌同步的条件,并在Simulink平台下动态仿真。结果表明,衰减系数不同的两个双环掺铒光纤激光器,主激光器通过定向耦合器驱动从激光器,主从系统可以实现精确混沌同步,且随着反馈强度的增大,实现系统混沌同步的时间越短,反馈强度的取值范围由衰减系数和耦合系数确定;选取不同的系统初值,主从系统可实现混沌同步,系统初值对达到混沌同步时间的影响可忽略不计;在主从系统中引入随机高斯噪声,主从系统仍可实现较好的混沌同步。     

利用耦合时延增强激光混沌系统安全性能研究

安全性是混沌通信中的重要问题。基于一个外光反馈半导体激光器驱动两个互耦合激光器的混沌通信系统,研究激光混沌系统中反馈时延与耦合时延特征,并应用龙格-库塔法进行动态仿真。重点分析了当调节一些可控参数(耦合时延和驱动强度)时,能够改变两耦合激光器输出自相关函数中反馈时延和耦合时延幅值的差异,以此掩藏反馈时延,从而得出更优载波。仿真结果说明利用耦合时延可以增强激光混沌系统的安全性。最后给出了在优化载波后系统同步质量的讨论。     

Phase locking and chaos synchronization in injection-locked semiconductor lasers

We theoretically studied synchronization of chaotic oscillation in semiconductor lasers with chaotic light injection. Feedback-induced chaotic light generated from a master semiconductor laser was injected into a solitary slave semiconductor laser. The slave laser subsequently exhibited synchronized chaotic output for a wide parameter range with strong injection and frequency detuning within the injection-locking regime. Our numerical simulation revealed that the synchronized slave laser exhibits remarkable phase locking, even for chaotic light injection. Consequently, synchronization in phase fluctuations becomes dominant over intensity fluctuations. We found that there exists a parameter range where the slave can synchronize in phase only, with no intensity synchronization. However, synchronization can be completely destroyed, both in phase and in intensity, when the phase locking becomes unstable due to four-wave mixing or excited resonance oscillation. The phase locking was studied analytically and the correspondence between numerical and analytical results was shown. We also analytically examined chaos synchronization based on a linear stability analysis from the viewpoint of modulation response of injection-locked semiconductor lasers to a chaotic light signal. As a result, we verified that such injection-locking-induced chaos synchronization results from a quasilinear response of the bandwidth-broadened slave laser due to strong optical injection.     

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.     

Anticipating synchronization based on optical injection-locking in chaotic semiconductor lasers

Numerical studies for anticipating chaos synchronization in semiconductor lasers with optical feedback are presented. Anticipating chaos synchronization in a delay-differential system is believed to occur when all chaos parameters between the two systems are perfectly coincident with each other. However, we find new schemes of anticipating chaos synchronization when the parameters between the two systems have mismatches. Under these conditions, the time lag between the two laser outputs is equal to that of anticipating chaos synchronization, but the physical origin of the phenomenon comes from optical injection-locking or amplification in laser systems. We show the evidence of such chaotic synchronization using trajectories in the phase space of the phase difference and the carrier density in the laser oscillations.     

Synchronization of chaotic injected-laser systems and itsapplication to optical cryptography

We demonstrate that two chaotic systems, each made by two coupled semiconductor lasers, can be synchronized using direct-optical feedback. The robustness of the proposed synchronization scheme against mismatch of source parameters and difference in starting conditions is tested by numerical simulations. Applications to secure data transmission are proposed, namely chaotic masking and chaotic shift keying (CSK)