CN102347590B - 一种能隐藏反馈时延特征的激光混沌信号产生装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种能隐藏反馈时延特征的激光混沌信号产生装置。通过在垂直腔面发射激光器的环形反馈腔中引入可调偏振片，即使在较大反馈强度下，只要合理地调节可调偏振片的角度，也能成功地隐藏激光混沌信号的反馈时延特征。本发明装置在保证了产生激光混沌信号的基础上，实现了在较大反馈强度下的混沌载波的时延隐藏特性，增强了基于垂直腔面发射激光器的混沌通信系统的安全性。

Description

一种能隐藏反馈时延特征的激光混沌信号产生装置

技术领域

本发明涉及含可调偏振片的环形反馈腔垂直腔面发射激光器、激光混沌领域，尤其是能隐藏混沌时延的混沌信号产生技术。 

背景技术

垂直腔面发射激光器是激光混沌保密通信系统的及其具有竞争力的混沌光源之一。目前，混沌时间序列分析技术日趋完善，对于常规的激光混沌载波信号，若窃听者能准确得到混沌信号的反馈时延特征，则可以通过相空间重构等时间序列分析技术对混沌信号进行重构，从而降低了通信系统的安全性，因此，产生能够隐藏反馈时延特征的激光混沌载波信号成为一个极有吸引力的研究热点。 

就目前的研究进展而言，主要是通过减小反馈强度，或者利用双反馈，以及调节反馈时延与弛豫震荡周期的关系，来隐藏激光混沌信号的反馈时延。需要得指出的是：当反馈强度较小时，尽管能隐藏激光混沌载波信号的时延特征，但是激光混沌信号的复杂度又会降低，从另一方面又威胁了混沌同步通信系统的安全性。 

发明内容

鉴于以上陈述的已有技术的不足，本发明旨在提供一种在较大反馈条件下也能实现隐藏反馈时延的激光混沌信号产生装置。 

本发明的目的是通过如下手段来实现的。 

一种能隐藏反馈时延特征的激光混沌信号产生装置，其特征在于，含可调偏振片的环形反馈腔垂直腔面发射激光器的输出信号经过由分束器A、分束器B、可调偏振片、平面镜A、中性密度滤波器、平面镜B、光隔离器构成的环形反馈腔，通过合理调节反馈强度以及可调偏振片的角度，控制得到能隐藏反馈时延特征的激光混沌信号输出；处理步骤包括：由含可调偏振片的环形反馈腔垂直腔面发射激光器产生的输出信号，先后经过分束器A和分束器B，经过分束器B后的两束光，其中一束传送到光电探测，另外一束进入到达可调偏振片，通过偏振片后，该光束两个线性偏振态透射的光功率发生改变，然后先后经过平面镜A使得光路发生改变，再经过中性密度滤波器改变光强度，然后再经过平面镜B后再次改变光路，经过光隔离器后再次回到分束器A，反馈回垂直腔面发射激光器。 

经过以上设计后，通过合理地调节反馈强度及可调偏振片的角度，并采用自相关函数法对激光器输出混沌信号进行分析，在反馈时延附近没有明显极值出现。只要合理地调节反馈强度，使得垂直腔面发射激光器输出混沌信号，然后，在调节可调偏振片的角度，即能实现即使在较大反馈强度条件下的时延特征隐藏。本发明装置具有如下优点：在不降低反馈强度的基础上，生成的激光混沌信号能够隐藏其反馈延时特征，增强了基于垂直腔面发射激光器的混沌同步通信系统的安全性。 

附图说明如下： 

图1.本发明装置的系统框图。 

图2.可调偏振片的角度为θ_p＝0°时激光器输出信号时序图。 

图3.可调偏振片的角度为θ_p＝0°时激光器输出信号自相关函数图。 

图4.可调偏振片的角度为θ_p＝40°时激光器输出信号自相关函数图。 

具体实施方式

下面结合附图对本发明的实施作进一步的描述。 

如图1所示，本发明装置由一个含可调偏振片的环形反馈腔垂直腔面发射激光器，两个分束器，一个可调偏振片，两个平面镜，一个中性密度滤波器，一个光隔离器，和一个光电探测器构成。 

在图1中，垂直腔面发射激光器的工作波长为λ＝850nm，工作电流为1.5倍的阈值电流，输出信号的两个线偏振模式分别定义为XP，YP，强度可表示为I_x，y＝|E_x，y(t)|²，输出信号的总强度为I_T＝|E_x(t)|²+|E_y(t)|²其中E_x(t)代表XP的幅度，E_y(t)代表YP的幅度。我们假定当可调偏振片的能让全部的XP光通过而YP的光完全无法通过时的角度为θ_p＝0°，相反，若只有YP光能全部通过而XP光无法通过时，可调偏振片的角度定义为θ_p＝90°，而该角度可在θ_p＝0°到θ_p＝90°之间任意可调。 

假定可调偏振片的角度设置为任一θ_p，则垂直腔面发射激光器的输出信号环形反馈腔后注入到两个偏振模式的光分量在数学上可以表示为： 

E_xf＝[E_x(t-τ)cos(θ_p)+E_y(t-τ)sin(θ_p)]cos(θ_p)    (1) 

E_yf＝[E_x(t-τ)cos(θ_p)+E_y(t-τ)sin(θ_p)]sin(θ_p)    (2) 

其中，τ代表反馈延时。 

自相关函数分析法是用于分析混沌信号时间延迟特性的常用方法之一，对于垂直腔面发射激光器输出的混沌信号进行自相关分析，数学表达式如下： 

$C_T\left(\mathrm{\&Delta;t}\right)=\frac{<[I_T(t+\mathrm{\&Delta;t})-<I_T(t+\mathrm{\&Delta;t})>][I_T\left(t\right)-<I_T\left(t\right)>]>}{\sqrt{<{[I_T(t+\mathrm{\&Delta;t})-<I_T(t+\mathrm{\&Delta;t})>]}^2><{[I_T\left(t\right)-<I_T\left(t\right)>]}^2>}},---\left(3\right)$

其中<·>表示求平均值。如果在自相关函数中，在反馈时延τ＝3ns附近存在明 显的极值，则说明无法隐藏时延特征。相反，如果在时延附近没有明显地峰值，那么反馈时延特征就得到了很好的隐藏。 

下面以反馈强度选择为γ＝10ns^-1，反馈延时为τ＝3ns为参量，改变可调偏振片的角度，举例分析不同可调偏振片的角度对输出混沌信号时间延迟隐藏特征的影响。如图2所示，当θ_p＝0°时，即常规的XP反馈，输出信号为混沌信号。通过对该信号做自相关分析，从图3可以看出，由于反馈强度值较大，在反馈延时τ＝3ns附近存在明显的极大值，因而可以从时间序列中准确地提取出反馈时延特征，不利于激光混沌通信系统的安全性。但是，当我们合适地调节可调偏振片的角度在θ_p＝40°时，从图4可以看出，自相关函数在τ＝3ns附近不存在峰值，很好地隐藏了反馈时延特征。也就是说，只要合理地选择可调偏振片的角度，即使在较大的反馈强度条件下，也能实现混沌信号反馈时延特征的隐藏。 

综合以上陈述，本发明具有如下特征：1).在垂直腔面发射激光器的环形反馈腔中引入了可调偏振片；2).通过调节反馈强度和可调偏振片的角度，即使在较大反馈强度条件下，也可实现激光混沌信号的时延特征的隐藏，有利于提高基于垂直腔面发射激光器的混沌通信系统的安全性。 

以上所陈述的仅仅是本发明装置的优选实施方式，应当指出，在不脱离本发明装置实质的前提下，在实际实施中可以做出若干更改(比如改变注入电流的大小，改变反馈强度，改变反馈延时)也应包含在本发明的保护范围以内。 

Claims (4)

1.一种能隐藏反馈时延特征的激光混沌信号产生装置，其特征在于，垂直腔面发射激光器的输出信号经过由分束器A、分束器B、可调偏振片、平面镜A、中性密度滤波器、平面镜B、光隔离器构成的环形反馈腔，通过合理调节反馈强度以及可调偏振片的角度，控制得到能隐藏反馈时延特征的激光混沌信号输出；处理步骤包括：由垂直腔面发射激光器产生的输出信号，先后经过分束器A和分束器B，经过分束器B后的两束光，其中一束传送到光电探测，另外一束进入到达可调偏振片，通过偏振片后，该光束两个线性偏振态透射的光功率发生改变，然后先后经过平面镜A使得光路发生改变，再经过中性密度滤波器改变光强度，然后再经过平面镜B后再次改变光路，经过光隔离器后再次回到分束器A，反馈回垂直腔面发射激光器。

2.如权利要求1所述之能隐藏反馈时延特征的激光混沌信号产生装置，其特征在于，在由分束器A、分束器B、平面镜A、中性密度滤波器、平面镜B、光隔离器构成的环形反馈腔垂直腔面发射激光器的环形反馈腔中分束器B和平面镜A之间设置一可调偏振片。

3.如权利要求1所述之能隐藏反馈时延特征的激光混沌信号产生装置，其特征在于，所述垂直腔面发射激光器的环形反馈腔中包含了可调偏振片。

4.如权利要求1所述之能隐藏反馈时延特征的激光混沌信号产生装置，其特征在于，所述可调偏振片的角度范围为0°到90°之间。

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