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基于半导体激光器的混沌特性和同步原理及其在保密通信中应用

钟东洲  
【摘要】:混沌信号具有隐蔽性、不可预测性、高复杂度和易于实现等特性,随着混沌同步的实现,利用混沌信号作为载波进行保密通信越来越受到广泛的关注。而作为光通信系统中最理想光源的半导体激光器,由于通过反馈或外部注入可以产生较大混沌载波带宽(几个GHz)和高维混沌(具有多个正的Lyapunov指数),从而成为目前的研究热点。基于此,本文将对基于半导体激光器的混沌特性和同步原理及其在同步保密通信应用进行研究。 反馈型或外部注入型半导体激光器的非线性动力学行为对系统参数(如反馈或注入系数,偏置电流、非线性增益系数等)非常敏感。在本文中,着重研究了非线性增益对外部注入半导体激光器动态行为的影响。数值模拟结果表明:非线性增益系数极大地影响外部注入半导体激光器的动力学行为。随着非线性增益系数的增加,激光器达到锁定时的注入系数将减小,能产生混沌的注入系数的范围将缩小,当非线性增益系数过大时,外部注入激光器将表现为稳定;另外,非线性增益还将影响外部注入半导体激光器混沌同步系统的性能。非线性增益系数越大,参数失配引起的混沌同步误差越小。 在混沌保密通信中,如何提高混沌同步品质成为混沌保密通信中最为关键的技术之一。基于此,本文对开环双向耦合注入半导体激光器混沌同步系统的同步性能、以及在附加混沌(AC)调制下系统的工作特性进行了研究。研究结果表明:当发射激光器(T-LD)和接收激光器(R-LD)的参数完全匹配时,该系统能实现完全同步;而当T-LD与R-LD存在参数失配时,同步误差对参数失配很敏感;采用附加混沌(AC)调制时,信号可加宽混沌载波带宽,扩大混沌区,而且由信号所引起的同步误差很小,即使不采用滤波器,信号也能很好的恢复。 在混沌保密通信系统中,系统的混沌维数越高,信号保密性越高。而相位共


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