CN109120394B - 一种时延特征抑制的混沌信号发生装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种时延特征抑制的混沌信号发生装置，包括:时延特征抑制的混沌信号发生模块和采集分析模块；所述时延特征抑制的混沌信号发生模块从WRC‑FPLD输出的光信号经过光纤耦合器分为两个支路、该两个支路最终合并输入到光纤耦合器而构成两个滤波外腔反馈环，通过调节两个外腔中可调滤波器的中心波长可使激光器输出不同波长的混沌信号；通过调节该两个外腔反馈环的腔长使其腔长之差约等于激光器驰豫振荡时间的一半，实现了波长可调谐的时延特征抑制的混沌信号输出；采集分析模块通过采集混沌信号发生模块的输出信号来调节WRC‑FPLD的工作温度和工作电流。本申请采用WRC‑FPLD作为激光源，实现不同波长的混沌信号输出，有利于其在WDM通信系统中的应用。
Description
技术领域
本发明涉及信息处理技术领域，尤其涉及一种时延特征抑制的混沌信号发生装置。
背景技术
半导体激光器(SLs)在光反馈、光注入、光电反馈等一个或多个外部扰动下可输出单周期、倍周期、混沌等丰富的非线性动力学行为。特别的是，基于光反馈的SLs易于输出高维复杂的混沌信号，从而为混沌保密通信和高速随机数获取提供优质的混沌信号源。然而，这种基于光反馈SLs获得的混沌信号可能存在明显的时延特征峰，这极大的阻碍了混沌信号在混沌保密通信和随机数获取方面的应用。在混沌保密通信方面，明显的时延特征峰为窃听提供了可能。通过提取混沌信号的时延特征峰，窃听者可以获取通信系统的密钥，从而重构发射端已获取通信系统中传输的信息。在高速随机数获取方面，拥有明显时延特征的混沌信号具有一定的周期性，因而破坏了混沌信号的统计性能。显然，时延特征的抑制是实现基于光反馈SLs输出的混沌信号在混沌保密通信及随机数获取领域应用的核心技术问题。
目前，基于光反馈SLs的时延特征抑制已经得到了广泛的研究。研究者已经从实验上或理论上研究了单光反馈、双光反馈、互注入SLs等不同系统结构的时延特征抑制特性，证实了获得时延特征抑制的混沌信号的可能性。然而，目前相关的研究主要聚焦在固定波长混沌信号的时延特征抑制。这大大了限制了其在诸如WDM混沌保密通信系统中的应用。
发明内容
本发明的目的在于提出一种基于WRC-FPLD的中心波长可调谐的时延特征抑制的混沌信号发生装置，从而为基于WDM的混沌保密通信提供优质的混沌载波。
一种时延特征抑制的混沌信号发生装置，包括:时延特征抑制的混沌信号发生模块和采集分析模块；
所述时延特征抑制的混沌信号发生模块包括从WRC-FPLD输出的光信号经过光纤耦合器分为两个支路、该两个支路最终合并输入到所述光纤耦合器而构成的两个滤波外腔反馈环，通过调节两个外腔中可调滤波器的中心波长可使激光器输出不同波长的混沌信号；通过调节该两个外腔反馈环的腔长使其腔长之差等于激光器驰豫振荡时间的一半，从而实现波长可调谐的时延特征抑制的混沌信号输出；
所述采集分析模块通过采集时延特征抑制的混沌信号发生模块的输出信号来调节WRC-FPLD的工作温度和工作电流。
进一步地，如上所述的时延特征抑制的混沌信号发生装置，所述时延特征抑制的混沌信号发生模块包括依次由环形器OC、第一光纤耦合器FC1、第一掺铒光纤放大器EDFA1、第二光纤耦合器FC2、光纤延迟线、第二可调滤波器、第二偏振控制器PC1、第二可调衰减器VA1、第三光纤耦合器FC3连接构成的滤波外腔反馈环1；以及依次由环形器OC、第一光纤耦合器FC1、第一掺铒光纤放大器EDFA1、第二光纤耦合器FC2、第一可调滤波器、第一偏振控制器PC2、第一可调衰减器VA2、第三光纤耦合器FC3连接构成的滤波外腔反馈环2。
进一步地，如上所述的时延特征抑制的混沌信号发生装置，所述第一光纤耦合器FC1的分光比为2:8。
进一步地，如上所述的时延特征抑制的混沌信号发生装置，所述第二光纤耦合器FC2的分光比为5:5。
进一步地，如上所述的时延特征抑制的混沌信号发生装置，所述采集分析模块包括与所述第一光纤耦合器FC1分光的另一路连接的第二掺饵光纤放大器EDFA2、与第二掺铒光纤放大器EDFA2分别连接的光谱仪、频谱分析仪、实时示波器、光功率计、以及与所述光谱仪、频谱分析仪、实时示波器、光功率计连接的数据分析模块，数据分析模块根据分析的结果来调节WRC-FPLD的工作温度和工作电流。
进一步地，如上所述的时延特征抑制的混沌信号发生装置，所述WRC-FPLD在一定的温度和偏置电流下可在50nm波长范围内输出87个模式，在适当的滤波反馈下，激光器能够实现波长可调谐的混沌信号输出。
进一步地，如上所述的时延特征抑制的混沌信号发生装置，WRC-FPLD工作在20.76℃和50.00mA。
进一步地，如上所述的时延特征抑制的混沌信号发生装置，所述外腔长度分别被控制在约17.500m和17.507m。
有益效果：
1、本时延特征抑制的混沌信号发生装置采用WRC-FPLD作为激光源，可实现波长可调谐的混沌信号输出，有利于其在WDM通信系统中的应用；
2、本时延特征抑制的混沌信号发生装置采用两个外腔反馈环可实现对时延特征的有效抑制。
3、本时延特征抑制的混沌信号发生装置采用的WRC-FPLD的工作波长为1550nm，可与现有光纤系统兼容，有利于获取的波长可调谐的时延特征抑制的混沌信号在基于WDM的混沌保密通信中的应用。
4、本时延特征抑制的混沌信号发生装置获取的波长可调谐的时延特征抑制的混沌信号有利于进一步加强混沌保密通信的安全性。
5、本时延特征抑制的混沌信号发生装置采用的WRC-FPLD基于普通的FPLD改进制作而成，能有效降低系统的成本。
附图说明
图1为本发明基于WRC-FPLD的中心波长可调谐的时延特征抑制的混沌信号发生的装置结构示意框图；
图2为本发明基于WRC-FPLD的中心波长可调谐的时延特征抑制的混沌信号发生的装置结构框架图；
图中，1：WRC-FPLD；2：电流控制器；3：温度控制器；4：光纤环形器；5：第一光纤耦合器；6：第一掺铒光纤放大器；7：第二光纤耦合器；8：第一可调滤波器；9：第一偏振控制器；10：第一可调衰减器；11：光纤延迟线；12：第二可调滤波器；13：第二偏振控制器；14：第二可调衰减器；15：第三光纤耦合器；16：第二掺铒光纤放大器；17：光谱仪；18：频谱分析仪；19：示波器；20：光功率计；21：数据分析模块。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
弱谐振腔法布里-珀罗激光器WRC-FPLD具有比普通FPLD更宽的增益谱、更长的腔长，在50nm波长范围内可实现近90个模式的输出，且激光器输出也具有更低的噪声。同时，WRC-FPLD的设计制作由普通FPLD改进而来，从而没有过多的增加制作成本，且具有较高的稳定性。此外，从WRC-FPLD的输出特性来看，一方面，在适当的外部滤波光反馈下，WRC-FPLD可实现波长可调的混沌激光输出，这为基于WRC-FPLD的波长大范围可调谐的混沌信号获取提供了可能。另一方面，通过控制两个外腔的腔长及反馈强度，当两个外腔长与激光器的驰豫振荡时间满足一定的关系时，如两个外腔反馈延时之差等于激光器驰豫振荡时间的一半时，激光器输出的时延特征可得到有效抑制。由此可见，基于双外腔反馈WRC-FPLD获取波长可调谐的时延特征抑制的混沌信号无论是在实现方案还是在系统成本上都相较于其他激光器有较大的优势，因此可为未来的基于WDM技术的混沌保密通信提供优质的混沌载波。
本发明提供一种基于WRC-FPLD的中心波长可调谐的时延特征抑制的混沌信号发生的装置，该装置分为两大模块，分别为：时延特征抑制的混沌信号发生模块和采集分析模块；
其中，如图1、图2所示，所述的时延特征抑制的混沌信号发生模块包括：弱谐振腔法布里-珀罗激光器(WRC-FPLD)、高精度激光器控制器和双光反馈模块。
所述的双光反馈模块包括两个反馈环路，其中一个环路由环形器OC 4、第一光纤耦合器FC15、第一掺铒光纤放大器EDFA16、第二光纤耦合器FC27、光纤延迟线11、第二可调滤波器12(中心波长可调的光学滤波器Filter1)、第二偏振控制器PC113、第二可调衰减器VA114、第三光纤耦合器FC315组成；另一个环路由环形器OC 4、第一光纤耦合器FC15、第一掺铒光纤放大器EDFA16、第二光纤耦合器FC27、第一可调滤波器8(中心波长可调的光学滤波器Filter2)、第一偏振控制器PC29、第一可调衰减器VA210、第三光纤耦合器FC315组成。
由WRC-FPLD发出的光经光纤环形器OC 4后进入到一个分光比为2:8的第一光纤耦合器FC15中，其中80％的部分经第一掺铒光纤放大器EDFA16放大后由分光比为5:5的第二光纤耦合器FC27分为两个部分，其中一个部分经光纤延迟线11、第二可调滤波器Filter112、第二偏振控制器PC113、第二可调衰减器VA114、分光比为5:5的第三光纤耦合器FC315和光纤环形器OC 4后反馈回激光器构成外腔反馈环1；从第二光纤耦合器FC27输出的另外一部光经第一可调滤波器Filter28、第一偏振控制器PC29、第一可调衰减器VA210、第三光纤耦合器FC315和光纤环形器OC 4后反馈回激光器构成外腔反馈环2。
所述采集分析模块包括由与第二掺铒光纤放大器EDFA216分别连接的光谱仪17、频谱分析仪18、实时示波器19、光功率计20构成的探测系统；以及与光谱仪17、频谱分析仪18、实时示波器19、光功率计20连接的数据分析模块21。数据分析模块21由计算机及相应的软件构成，主要根据对探测系统采集的数据进行实时分析，然后控制激光器的温度、电流及两个外腔反馈环的中心波长、反馈强度及腔长。
所述滤波器的中心波长可调范围为1544nm-1556nm，其3dB带宽为0.28nm，激光器可在滤波器中心波长可调范围内输出预期的混沌载波信号。
所述WRC-FPLD在一定的温度和偏置电流下可在50nm波长范围内输出87个模式。所述WRC-FPLD激光器的模式数取决于有源区的腔长，在有限的波长范围内能获得较多的模式输出，这有利于大范围调谐激光器的输出波长。
上述一种基于WRC-FPLD的中心波长可调谐的时延特征抑制的混沌信号发生装置的基本原理为：首先利用电流控制器和温度控制器控制WRC-FPLD的工作参量，然后通过光纤延迟线将两个外腔反馈延时之差调节到激光器驰豫振荡频率的一半，随后通过调节两个反馈环中滤波器的中心波长、调节可调衰减器控制反馈环的反馈强度使激光器分别在两个外腔反馈下输出既定波长的混沌信号；最后激光器在两个特定的外腔反馈下可输出波长可调谐的时延特征抑制的混沌信号。
本发明还提供一种基于WRC-FPLD的中心波长可调谐的时延特征抑制的混沌信号发生的方法，包括以下步骤：
步骤一：通过激光器控制器控制WRC-FPLD的工作温度和工作电流；本实施例中WRC-FPLD工作在20.76℃和50.00mA；
步骤二：将WRC-FPLD输出的光信号经光纤环形器OC 4、分光比为2:8第一光纤耦合器FC15后分成两个部分，其中80％的部分经第一掺铒光纤放大器EDFA16放大后经5:5的第二光纤耦合器FC27分成另外两个部分，其中一部分进入到光纤延迟线11、第二可调滤波器Filter112、第二偏振控制器PC113、第二可调衰减器VA114、第三光纤耦合器FC315和光纤环形器OC 4后进入到激光器构成外腔反馈环1，通过调节光纤延迟线11可调节外腔反馈环1的腔长，通过调节第二可调滤波器Filter112的中心波长可实现对激光器输出模式的选择；通过调节第二可调衰减器VA114可以控制反馈环1的反馈强度从而使激光器输出既定波长的混沌信号；同时，从第二光纤耦合器FC27的另外一部分光进入到第一可调滤波器Filter28、第一偏振控制器PC29、第一可调衰减器VA210、第三光纤耦合器FC315和光纤环形器OC 4后进入到激光器构成外腔反馈环2。与反馈环1相似，通过调节第一可调滤波器Filter28的中心波长可实现对激光器输出模式的选择；通过调节第一可调衰减器VA210可以控制反馈环2的反馈强度从而使激光器输出既定波长的混沌信号；
在本实施例中所述外腔反馈环1的外腔长度约为17.507m，所述外腔反馈环2的外腔长度约为17.500m，由此可见，仅仅只有当两个外腔长满足一定的条件时，激光器输出混沌信号的时延特征才会得到有效抑制。
步骤三：对于每一个外腔反馈环，通过选择第一可调滤波器Filter28和第二可调滤波器Filter112的中心波长及调节第二可调衰减器VA1和第一可调衰减器VA210，可以使激光器分别在其中一个反馈环作用下输出既定波长的混沌信号。通过调节外腔反馈环1的光纤延迟线可使两个外腔的腔长之差等于激光器驰豫振荡时间的一半，从而实现波长可调谐的时延特征抑制的混沌信号输出。
本发明利用自由运行WRC-FPLD输出光谱的无色特性，使用中心波长可调的滤波器控制激光器的模式净增益，通过适当选择两个外腔反馈环中滤波器的中心波长及每个外腔的反馈强度，可使激光器分别在每个外腔反馈下输出既定波长的混沌信号。通过调节光纤延迟线控制两个外腔的腔长之差，可实现中心波长可调谐的时延特征抑制的混沌载波信号，从而为基于WDM技术的高速混沌保密通信提供理想的混沌载波源。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (5)
1.一种时延特征抑制的混沌信号发生装置，其特征在于，包括: 时延特征抑制的混沌信号发生模块和采集分析模块;
所述时延特征抑制的混沌信号发生模块包括从弱谐振腔法布里-珀罗激光器WRC-FPLD输出的光信号经过光纤耦合器分为两个支路、该两个支路最终合并输入到所述光纤耦合器而构成的两个滤波外腔反馈环，通过调节两个外腔中可调滤波器的中心波长可使激光器输出不同波长的混沌信号；通过调节该两个外腔反馈环的腔长，使两个腔长之差等于激光器驰豫振荡时间的一半，从而实现波长可调谐的时延特征抑制的混沌信号输出；
所述采集分析模块通过采集时延特征抑制的混沌信号发生模块的输出信号来调节WRC-FPLD的工作温度和工作电流；
所述时延特征抑制的混沌信号发生模块包括依次由环形器OC （4）、第一光纤耦合器FC1 （5）、第一掺铒光纤放大器EDFA1（6）、第二光纤耦合器FC2 （7）、光纤延迟线（11）、第二可调滤波器（12）、第二偏振控制器PC1 （13）、第二可调衰减器VA1 （14）、第三光纤耦合器FC3 （15）连接构成的滤波外腔反馈环1；以及依次由环形器OC（4）、第一光纤耦合器FC1（5）、第一掺铒光纤放大器EDFA1 （6）、第二光纤耦合器FC2 （7）、第一可调滤波器（8）、第一偏振控制器PC2 （9）、第一可调衰减器VA2 （10）、第三光纤耦合器FC3 （15）连接构成的滤波外腔反馈环2；
所述采集分析模块包括与第二掺铒光纤放大器EDFA2 （16）分别连接的光谱仪（17）、频谱分析仪（18）、实时示波器（19）、光功率计（20）、以及与所述光谱仪（17）、频谱分析仪（18）、实时示波器（19）、光功率计（20）连接的数据分析模块（21），数据分析模块（21）根据分析的结果来调节WRC-FPLD的工作温度和工作电流。
2.根据权利要求1所述的时延特征抑制的混沌信号发生装置，其特征在于，所述第一光纤耦合器FC1（5）的分光比为2:8。
3.根据权利要求1所述的时延特征抑制的混沌信号发生装置，其特征在于，所述第二光纤耦合器FC2 （7）的分光比为5:5。
4.根据权利要求1所述的时延特征抑制的混沌信号发生装置，其特征在于，所述WRC-FPLD在一定的温度和偏置电流下可在50 nm波长范围内输出87个模式，在适当的滤波反馈下，激光器能够实现波长可调谐的混沌信号输出。
5.根据权利要求1所述的时延特征抑制的混沌信号发生装置，其特征在于，WRC-FPLD工作在20.76 °C 和 50.00 mA。
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| 双光反馈半导体激光混沌系统中外腔延时反馈特征的抑制;丁灵等;《物理学报》;20110115;全文 * |
| 安全性增强的双向长距离混沌保密通信;李琼;《中国激光》;20180131;全文 * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN109120394A (zh) | 2019-01-01 |
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