CN107046463A - 基于微环谐振腔的混沌保密通信系统 - Google Patents

基于微环谐振腔的混沌保密通信系统 Download PDF

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李齐良
卢珊珊
胡淼
魏振
魏一振
周雪芳
卢旸
曾然
唐向红
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Hangzhou Dianzi University
Hangzhou Electronic Science and Technology University
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Abstract

本发明基于微环谐振腔的混沌保密通信系统，包括激光器，激光器依次通过光滤波器滤、隔离器、偏振控制器连接分支器的第一端口，分支器将连续波分成两路，其中第一路：分支器的第二端口依次通过第一微环谐振腔、合波器、第一掺铒光纤放大器、第一PD探测器连接差分放大器的第一端口；弱信息进入合波器，与来自第一微环谐振腔的混沌信号合成一路；第二路：分支器的第三端口依次通过第二微环谐振腔、第二掺铒光纤放大器、第二PD检测器连接差分放大器的第二端口；来自第一PD检测器与第二PD检测器信号进入差分放大器，相减后恢复出信息,差分放大器第三端口与电滤波器的第一端口相连，两路进入差分放大器相减后恢复出的信息从电滤波器的第二端口输出。

Description

基于微环谐振腔的混沌保密通信系统
技术领域
本发明属于光信号处理技术领域，具体涉及一种基于混沌信号进行保密通信的系统。
背景技术
随着现代信息技术的突飞猛进，如何实现信息的保密传输成为一个必须攻克的难题。为了实现通信保密，可以利用信息传输中出现的混沌现象。混沌现象是一种非线性系统中出现的非周期的，有界却不收敛的确定性信号，对初始值极为敏感，类似随机过程和噪声信号。它的保密性极高，又由于其本质是一种确定信号，因此可以准确再生。这些特性使得其可以进行混沌掩盖和信号回复。混沌保密通信的基本思想是利用混沌信号作为载波,将传输信号隐藏在混沌载波之中，在接收端利用混沌的同步特性解调出所传输的信息。
发明内容
针对混沌保密通信的功能，本发明公开了一种基于微环谐振腔的混沌保密通信系统，其保密效果佳，可以准确恢复传输信号。
本发明采取以下技术方案：基于微环谐振腔的混沌保密通信系统，包括激光器、光滤波器、光隔离器、偏振控制器、分支器、第一微环谐振腔、第二微环谐振腔、合波器、第一掺铒光纤放大器、第二掺铒光纤放大器、第一PD探测器、第二PD探测器、差分放大器、电滤波器，激光器依次通过光滤波器滤、隔离器、偏振控制器连接分支器的第一端口，分支器将连续波分成两路，其中第一路：分支器的第二端口依次通过第一微环谐振腔、合波器、第一掺铒光纤放大器、第一PD探测器连接差分放大器的第一端口；弱信息m(t)进入合波器，与来自第一微环谐振腔的混沌信号合成一路；其中第二路：分支器的第三端口依次通过第二微环谐振腔、第二掺铒光纤放大器、第二PD检测器连接差分放大器的第二端口；来自第一PD检测器与第二PD检测器信号进入差分放大器，相减后恢复出信息m(t),差分放大器第三端口与电滤波器的第一端口相连，两路进入差分放大器相减后恢复出的信息从电滤波器的第二端口输出。
优选的，所述分支器功分比为1:1。
优选的，所述连续波功率为80mW，信号功率2×10-3mW。
优选的，所述第一微环谐振腔和/或第二微环谐振腔的半径为20μm，非线性系数n2＝2×10-15m2/W。
优选的，所述第一微环谐振腔和/或第二微环谐振腔的直通功率耦合系数4.5。
本发明的特点是利用两个相同参数的微环谐振腔得到其混沌保密和信号还原功能，利用其同步技术得到与第一个微环谐振腔输出一致的混沌信号，其工作原理是混沌信号是一种非周期，类噪声但却是利用确定方程得到的确定信号。
本发明利用特定的微环谐振腔得到确定的混沌信号，当激光器通过偏振控制器耦合到微环谐振腔时，得到混沌信号，需要传输的信号功率远远小于该混沌信号，将其掩盖其中，就可以利用该信号类噪声的特色将传输信号进行混沌保密。再通过产生与之严格同步的混沌信号，两路混沌信号相减，可以将掩盖着混沌信号中的传输信号恢复出来。实现传输的保密性和接收的准确性。
本发明微环谐振腔具有易于光纤系统集成、利用同步实现接收准确性高，信号泄露几率小等优点，特别适于光通信系统技术中的应用。
附图说明
图1为基于微环谐振腔的混沌保密通信系统。
图2为第一环腔混沌图。
图3为第二环腔混沌图。
图4为第一环腔加信号图。
图5为解调图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明实施例作详细说明。
如图1所示，本实施例基于微环谐振腔的混沌保密通信系统，包括激光器(1)、光滤波器(2)、光隔离器(3)、偏振控制器(4)、分支器(5)、第一微环谐振腔(6-1)、第二微环谐振腔(6-2)、合波器(7)、第一掺铒光纤放大器(8-1)、第二掺铒光纤放大器(8-2)、第一PD探测器(9-1)、第二PD探测器(9-2)、差分放大器(10)、电滤波器(11)；激光器(1)与光滤波器滤(2)第一端口(a)相连，光滤波器滤(2)第二端口(b)与隔离器(3)第一端口(c)相连，隔离器(3)第二端口(d)和偏振控制器(4)第一端口(e)相连，偏振控制器(4)第二端口(f)与分支器(5)第一端口(g1)相连，分支器(5)将连续波分成两路，一路：分支器(5)第二端口(g2)与第一微环谐振腔(6-1)第一端口(h1)相连，第一微环谐振腔(6-1)第二端口(h2)与合波器(7)第一端口(j1)相连，弱信息m(t)从合波器(7)第二端口(j2)进入，与来自第一微环谐振腔(6-1)第二端口(h2)的混沌信号合成一路，从合波器(7)第三端口(j3)进入光纤中传输，合波器(7)第三端口(j3)通过光纤与第一掺铒光纤放大器(8-1)的第一端口(k1)连接，第一掺铒光纤放大器(8-1)的第二端口(k2)与第一PD检测器(9-1)第一端口(l1)连接，第一PD检测器(9-1)第二端口(l2)与差分放大器第一端口(m1)连接；来自分支器(5)第二路：分支器(5)第三端口(g3)与第二微环谐振腔(6-2)第一端口(i1)相连，第二微环谐振腔(6-2)第二端口(i2)通过光纤与第二掺铒光纤放大器(8-2)的第一端口(k3)连接，第二掺铒光纤放大器(8-2)的第二端口(k4)与第二PD检测器(9-2)第一端口(l3)连接，第二PD检测器(9-2)第二端口(l4)与差分放大器第二端口(m2)连接；来自第一PD检测器(9-1)与第二PD检测器(9-2)信号进入差分放大器(10)，相减后恢复出信息m(t)，差分放大器(10)第三端口(m3)与电滤波器(11)的第一端口(n1)相连，两路进入差分放大器(10)相减后恢复出的信息从电滤波器(11)的第二端口(n1)出来。完成信息的保密传输。
在本实施例中，第一个透射波的信号为确定的混沌信号，透射波的功率远大于传输信号的功率，分支器功分比为1:1。谐振腔中耦合器的直通功率耦合系数为4.5。
信号的载波为确定性的混沌信号，其可以根据同步准确的产生一致的混沌信号，使其可以准确恢复传输信号。
连续波功率为80mW，信号功率2×10-3mW。
微环谐振腔半径为20μm，非线性系数n2＝2×10-15m2/W。微环谐振腔的直通功率耦合系数4.5。
本发明混沌保密通信的保密与恢复过程：
1、根据所需的混沌信号的能量及准确性要求，选择合适能量的激光器，并设计合适参数的微环谐振腔，从而实现信号的保密。
2、根据确定方程组得到确定混沌信号的原理，利用第二个微环谐振腔进行同步，从而进行信号的准确恢复。
本发明微环谐振腔具有易于光纤系统集成、利用同步实现接收准确性高，信号泄露几率小等优点，特别适于光通信系统技术中的应用。
以上对本发明的优选实施例及原理进行了详细说明，对本领域的普通技术人员而言，依据本发明提供的思想，在具体实施方式上会有改变之处，而这些改变也应视为本发明的保护范围。

Claims (5)

1.基于微环谐振腔的混沌保密通信系统，其特征是包括激光器(1)、光滤波器(2)、光隔离器(3)、偏振控制器(4)、分支器(5)、第一微环谐振腔(6-1)、第二微环谐振腔(6-2)、合波器(7)、第一掺铒光纤放大器(8-1)、第二掺铒光纤放大器(8-2)、第一PD探测器(9-1)、第二PD探测器(9-2)、差分放大器(10)、电滤波器(11)；
激光器(1)依次通过光滤波器滤(2)、隔离器(3)、偏振控制器(4)连接分支器(5)的第一端口，分支器(5)将连续波分成两路，其中第一路：分支器(5)的第二端口依次通过第一微环谐振腔(6-1)、合波器(7)、第一掺铒光纤放大器(8-1)、第一PD探测器(9-1)连接差分放大器(10)的第一端口；弱信息进入合波器(7)，与来自第一微环谐振腔(6-1)的混沌信号合成一路；其中第二路：分支器(5)的第三端口(g3)依次通过第二微环谐振腔(6-2)、第二掺铒光纤放大器(8-2)、第二PD检测器(9-2)连接差分放大器(10)的第二端口；
来自第一PD检测器(9-1)与第二PD检测器(9-2)信号进入差分放大器(10)，相减后恢复出信息,差分放大器(10)第三端口(m3)与电滤波器(11)的第一端口(n1)相连，两路进入差分放大器(10)相减后恢复出的信息从电滤波器(11)的第二端口(n1)输出。
2.如权利要求1所述的混沌保密通信系统，其特征在于：所述分支器功分比为1:1。
3.如权利要求1所述的混沌保密通信系统，其特征在于：所述连续波功率为80mW，信号功率2×10-3mW。
4.如权利要求1所述的混沌保密通信系统，其特征在于：所述第一微环谐振腔和/或第二微环谐振腔的半径为20μm，非线性系数n2＝2×10-15m2/W。
5.如权利要求1或4所述的混沌保密通信系统，其特征在于：所述第一微环谐振腔和/或第二微环谐振腔的直通功率耦合系数4.5。
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