CN106169950A - 基于全光纤的长距离激光混沌同步装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种基于全光纤的长距离激光混沌同步装置，其分为两大模块：外部传输模块、Fiber环镜模块。将光注入Fiber环镜，通过调节Fiber环镜中光相位将激光混沌输出分成相同的两部分,一部分经光纤链路LDFL1反馈回SL1,另一部分经光纤链路LDFL1注入到SL2。当光纤链路LDFL1与光纤链路LDFL1保持对称且SL1和SL2具有相似的内部参数时,工作条件合适时,即可产生激光混沌。另外，Fiber环镜的使用使SL1和SL2均同时接收到注入光和反馈光,从而使对应的偏振模式之间能达到高质量的混沌同步。基于SL1和SL2间对应的混沌同步,可实现信息的双向长距离激光混沌保密传输。

Description

基于全光纤的长距离激光混沌同步装置
技术领域
本发明“一种基于全光纤的长距离激光混沌同步装置”属于信息技术领域，具体涉及一种基于光纤环境利用Fiber环镜实现长距离激光混沌同步的技术。
背景技术
信息产业已成为国民经济的重要支柱。信息技术支撑着经济、国防、文化、科学研究等各个领域。信息技术为我们带来高效和便利，同时，也存在着以计算机病毒、黑客技术为主的数据篡改、系统入侵、网络攻击等威胁。如若没有信息安全，民众的信息、国家的机密将得不到有效保障。因此，探索和发展先进的信息安全技术是现代社会有序发展的前提与重要保障。
自上世纪九十年代以来，混沌保密通信作为保密通信的一个新发展方向受到研究者的关注。与传统保密技术相比，混沌信号具有非周期性、类噪声、连续宽带频谱等独特属性；同时具有对初始条件极为敏感的显著特征，混沌动力系统的初始状态有微小差距，其相邻相轨迹将呈指数发散；还具有拓扑传递性，即任一点的邻域在混沌映射的作用下将扩散到整个度量空间。混沌的复杂运动轨迹和不可预测性，使它具有天然的隐蔽性。以混沌参数作为密钥的物理层信息加密手段 使得混沌保密通信有抗干扰、低观察性等优势，很适合作为保密通信的载体。
近年来，混沌保密通信的研究主要分为基于电路的电学混沌系统和基于光学原理的光混沌系统。其中，有限的带宽和高传输损耗限制了电学混沌在远程高速保密通信中的应用。光学系统特别是新型的半导体激光器在合适情况下可以产生数10GHz带宽的激光混沌。另外，半导体激光器与光纤具有很好的兼容性。通过与光纤链路结合，基于半导体激光器的激光混沌保密通信系统就具有了光纤传输通信容量大，传输距离远等突出优势。另外，激光混沌通信还克服了电学混沌通信易受电磁干扰的问题，因而非常适合高速远程保密通信领域。激光混沌通信兼具了混沌的物理保密性和光纤通信的高速远程特性，很好地克服了电学混沌在通信领域中的一些缺陷，具有诱人的应用前景。如2005年，希腊Argyris等人已在120Km的商用城域光纤通信网络中实现了的单向1Gbit/s的高速低误码率的激光混沌保密通信，初步揭示了激光混沌保密通信方案的良好商用可行性。然而，到目前为止,对于面向远程的，双向激光混沌保密通信方案还很少。
要实现长距离的双向激光混沌通信，稳定的激光混沌同步是前提和核心基础。目前，相关研究者提出了多种面向双向激光混沌保密通信的混沌同步方案。然而这些方案大多在自由空间里实现，且传输距离很短(米量级)，难以走出实验室，不具有推广到长距离通信的价值。
发明内容
针对上述问题，本发明提供一种实现稳定的长距离混沌同步的基于全光纤的长距离激光混沌同步装置。
本发明基于全光纤的长距离激光混沌同步装置，包括Fiber环镜模块、外部传输模块，其中，所述外部传输模块包括与Fiber环镜模块通过第一长距离光纤链路通信连接的第一半导体激光器、与Fiber环镜模块通过第二长距离光纤链路通信连接的第二半导体激光器，以及在第一半导体激光器与Fiber环镜模块之间的第一偏振控制器、第一衰减器，在第二半导体激光器与Fiber环镜模块之间的第二偏振控制器、第二衰减器，还包括第一半导体激光器通过第一光隔离器通信连接的测试模块、第二半导体激光器通过第二光隔离器通信连接的测试模块；
将光注入Fiber环镜，通过调节注入光相位将光混沌输出分成相同的两部分,一部分经光纤链路LDFL1注入到一个响应SL1,另一部分经光纤链路LDFL1注入到另一个响应SL2，当光纤链路LDFL1与光纤链路LDFL1保持对称且SL1和SL2具有相似的内部参数时,工作条件合适时,即可产生激光混沌，光注入使SL1和SL2各对应偏振模式之间能达到高质量的混沌同步，于SL1和SL2间对应的混沌同步,可实现信息的双向长距离混沌保密传输。
具体地，所述Fiber环镜模块包括定向耦合器，所述定向耦合器通过单模光纤连接的第三偏振控制器、第三可变衰减器。
有益效果
本发明与现有技术具备如下有益效果：
1.采用全光纤方案，突破了激光混沌同步由短距离到长距离演化过程的困难，具有在现实环境中的稳定性.
2.本发明大大降低传输链路损耗，适合长距离高容量通信.
3.本发明有较好的延拓性.
4.本发明实际操作较为简便，且成本相对较低，易于实现.
附图说明
图1本发明基于全光纤的长距离激光混沌同步装置的结构图；
图2 Fiber环镜的结构图；
图3时域混沌同步实验结果图；
图4频域混沌同步实验结果图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步的描述。
如图1至2所示，本实施例基于全光纤的长距离激光混沌同步装置，包括光纤环镜模块、外部传输模块，其中，所述外部传输模块包括与Fiber环镜模块通过第一长距离光纤链路通信连接的第一半导体激光器、与Fiber环镜模块通过第二长距离光纤链路通信连接的第二半导体激光器，以及在第一半导体激光器与Fiber环镜模块之间的 第一偏振控制器、第一衰减器，在第二半导体激光器与Fiber环镜模块之间的第二偏振控制器、第二衰减器，还包括第一半导体激光器通过第一光隔离器通信连接的测试模块、第二半导体激光器通过第二光隔离器通信连接的测试模块；
本实施例基本原理：双向长距离光纤混沌通信系统，在合适的反馈条件下,偏振保持光反馈下的激光驱动SL1、SL2中两个线偏振模式实现混沌输出.将光注入Fiber环镜，通过调节注入光相位将激光混沌输出分成相同的两部分,一部分经光纤链路LDFL1注入到一个响应SL1,另一部分经光纤链路LDFL1注入到另一个响应SL2.当光纤链路LDFL1与光纤链路LDFL1保持对称且SL1和SL2具有相似的内部参数时,工作条件合适时,即可产生混沌。光注入可使SL1和SL2各对应偏振模式之间能达到高质量的混沌同步.基于SL1和SL2间对应的偏振模式的混沌同步,可实现信息的双向长距离混沌保密传输.
图1基于全光纤的长距离激光混沌同步装置的结构图，图中：SL1、SL2：第一、第二半导体激光器，VA1、VA2：第一、第二衰减器，PC1、PC2：第一、第二偏振控制器，LDFL1、LDFL2：第一、第二长距离光纤链路，OI1、OI2：第一、第二光隔离器，DL：可调延时器，PD1、PD2：光电探测器，OSA：光谱分析仪，OPM：光功率计，HSDO：高速数字示波器，RFSA：射频频谱分析仪
图2Fiber环镜的结构图，图中：SMF：单模光纤，DC：定向耦 合器，VA3：衰减器，PC3：偏振控制器
如图3所示，该图给出了相隔约1.5千米的LD1和LD2在时域上的混沌同步结果，其中图a是LD1的混沌波形和LD2的混沌波形，可见二者的波形具有领好的一致性，说明二者时间较好的混沌同步。图b为LD1和LD2的混沌关联图，从图中可见两激光器的混沌输出之间具有很好的关联性。图c为LD1和LD2的混沌波形的关联函数图，从中可见在时延134ns处取得了关联函数峰值约为0.9。考虑到LD1和LD2之间长达千米的链接距离，该结果表明系统实现了稳定的长距离混沌同步。
如图4所示，该图给出了LD1和LD2在频域上的混沌同步结果，其中图a是LD1的混沌频谱和LD2的混沌频谱。从图中可见两激光器的频谱均覆盖了从0到20GHz的宽广频率范围，同时二者的频谱能量分布具有高度的一致性，说明两激光器的混沌信号的良好同步关系。进一步的，图b给出了LD1和LD2的混沌频谱在40MHz范围的细节曲线。可见二者的频谱曲线均呈现出3.73MHz的周期峰，这些周期峰对应于图c中的134ns时间延迟量。图c进一步给出了LD1和LD2的混沌频谱在1MHz范围内的超精细谱曲线。在这个尺度下，两激光器的混沌频谱曲线显示出了新的结构，即都存在0.1MHz的周期峰。这些0.1MHz的周期峰对应与LD1和LD2之间长达1.5千米的巨大耦合延时。可见，LD1和LD2的混沌频谱，无论是在0-20GHz的大范围，还是在MHz的精细尺度上均显示了高度的一致性，说明了系统实现了良好的混沌同步。
总之，结合时域测量和频域测量，实验结果表明了相隔约1.5千米的两个半导体激光器的激光混沌实现了稳定的长距离同步，这为实现的基于两个半导体激光器的长距离激光混沌保密通信奠定了良好基础。
对本发明应当理解的是，以上所述的实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细的说明，以上仅为本发明的实施例而已，并不用于限定本发明，凡是在本发明的精神原则之内，所作出的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内，本发明的保护范围应该以权利要求所界定的保护范围为准。

Claims (2)

1.一种基于全光纤的长距离激光混沌同步装置，其特征在于，包括光纤环镜模块、外部传输模块，其中，所述外部传输模块包括与光纤环镜模块通过第一长距离光纤链路通信连接的第一半导体激光器、与光纤环镜模块通过第二长距离光纤链路通信连接的第二半导体激光器，以及在第一半导体激光器与光纤环镜模块之间的第一偏振控制器、第一衰减器，在第二半导体激光器与光纤环镜模块之间的第二偏振控制器、第二衰减器，还包括第一半导体激光器通过第一光隔离器通信连接的测试模块、第二半导体激光器通过第二光隔离器通信连接的测试模块；
将光注入Fiber环镜，通过调节注入光相位将激光混沌输出分成相同的两部分,一部分经光纤链路LDFL1注入到一个响应SL1,另一部分经光纤链路LDFL1注入到另一个响应SL2，当光纤链路LDFL1与光纤链路LDFL1保持对称且SL1和SL2具有相似的内部参数时,工作条件合适时,SL1和SL2即可产生激光混沌，同时经过Fiber环镜的光注入使SL1和SL2的对应偏振模式之间能达到高质量的混沌同步，可实现信息的双向长距离混沌保密传输。
2.根据权利要求1所述的基于全光纤的长距离激激光混沌同步装置，其特征在于，所述光纤环镜模块包括定向耦合器，所述定向耦合器通过单模光纤连接的第三偏振控制器、第三可变衰减器。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107689862A (zh) * 2016-08-03 2018-02-13 西南大学 一种多路光注入的低关联长距离光混沌同步方法及装置
CN108777595A (zh) * 2018-06-12 2018-11-09 杭州电子科技大学 一种基于耦合激光器混沌广播通信的传输系统

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2000016139A2 (en) * 1998-09-17 2000-03-23 Corning Incorporated Circularly polarized fiber in optical circuits
US6760509B2 (en) * 2000-02-14 2004-07-06 The Regents Of The University Of Michigan SNR booster for WDM systems
US7602825B1 (en) * 2004-10-20 2009-10-13 Calmar Optcom, Inc. Tunable passively mode-locked lasers with phase-lock feedback for low timing jitters
US7991023B2 (en) * 2008-09-25 2011-08-02 National Research Council Of Canada Multi-band multiwavelength quantum dot mode-locked lasers
CN102411141A (zh) * 2011-08-11 2012-04-11 太原理工大学 一种用于混沌激光测距的混沌光发射装置
CN104216196A (zh) * 2014-08-27 2014-12-17 西安空间无线电技术研究所 一种无外部电本振可调谐的全光微波光子变频装置
CN105553571A (zh) * 2016-02-24 2016-05-04 西南大学 一种基于激光混沌的长距双向视频保密通信装置
CN105610513A (zh) * 2015-12-21 2016-05-25 太原理工大学 一种用于通信电缆故障检测的混沌激光发射装置

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2000016139A2 (en) * 1998-09-17 2000-03-23 Corning Incorporated Circularly polarized fiber in optical circuits
US6760509B2 (en) * 2000-02-14 2004-07-06 The Regents Of The University Of Michigan SNR booster for WDM systems
US7602825B1 (en) * 2004-10-20 2009-10-13 Calmar Optcom, Inc. Tunable passively mode-locked lasers with phase-lock feedback for low timing jitters
US7991023B2 (en) * 2008-09-25 2011-08-02 National Research Council Of Canada Multi-band multiwavelength quantum dot mode-locked lasers
CN102411141A (zh) * 2011-08-11 2012-04-11 太原理工大学 一种用于混沌激光测距的混沌光发射装置
CN104216196A (zh) * 2014-08-27 2014-12-17 西安空间无线电技术研究所 一种无外部电本振可调谐的全光微波光子变频装置
CN105610513A (zh) * 2015-12-21 2016-05-25 太原理工大学 一种用于通信电缆故障检测的混沌激光发射装置
CN105553571A (zh) * 2016-02-24 2016-05-04 西南大学 一种基于激光混沌的长距双向视频保密通信装置

Non-Patent Citations (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
ANBANG WANG ECT.: "Generation of flat-spectrum wideband chaos by fiber ring resonator", 《APPLIED PHYSICS LETTERS》 *
ANBANG WANG ECT.: "Generation of flat-spectrum wideband chaos by fiber ring resonator", 《APPLIED PHYSICS LETTERS》, 31 January 2013 (2013-01-31) *
刘宇然等: "一种新型的双向长距离光纤混沌保密通信系统性能研究", 《物理学报》 *
刘宇然等: "一种新型的双向长距离光纤混沌保密通信系统性能研究", 《物理学报》, 15 November 2011 (2011-11-15) *
刘艳格;冯新焕;董孝义;: "室温稳定多波长光纤激光器技术的研究新进展", 中国激光, no. 07 *
张秀娟等: "平坦宽带混沌激光的产生及同步", 《物理学报》 *
张秀娟等: "平坦宽带混沌激光的产生及同步", 《物理学报》, no. 05, 15 May 2009 (2009-05-15) *
王顺天等: "基于半导体环形激光器的高速双向双信道混沌保密通信", 《物理学报》 *
王顺天等: "基于半导体环形激光器的高速双向双信道混沌保密通信", 《物理学报》, 8 August 2015 (2015-08-08) *
赵艳梅等: "基于1550nm垂直腔面发射激光器的长距离双向双信道光纤混沌保密通信研究", 《物理学报》 *
赵艳梅等: "基于1550nm垂直腔面发射激光器的长距离双向双信道光纤混沌保密通信研究", 《物理学报》, no. 21, 8 November 2013 (2013-11-08) *

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107689862A (zh) * 2016-08-03 2018-02-13 西南大学 一种多路光注入的低关联长距离光混沌同步方法及装置
CN108777595A (zh) * 2018-06-12 2018-11-09 杭州电子科技大学 一种基于耦合激光器混沌广播通信的传输系统

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