CN111970105A - 一种四信道超高速双向otdm保密通信系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种四信道超高速双向OTDM保密通信系统。包括两个光纤生成分波模块、两个复用延时调制模块和两个光纤分束调制模块。本发明实施例通过对两个自旋VCSELs进行外部光注入，实现了它们之间的混沌同步，由于它们的不对称性是由不均匀的传播延时引起的，因此通过向它们注入椭圆偏振光来很大程度上消除这种不对称性。并且通过进一步优化参数，实现了高质量的同相和反相超前/滞后混沌同步，并且实现了四信道超高速双向OTDM保密通信。

Description

一种四信道超高速双向OTDM保密通信系统
技术领域
本发明涉及保密通信技术领域，特别是涉及一种四信道超高速双向OTDM保密通信系统。
背景技术
光泵浦自旋极化垂直腔面发射激光器(自旋VCSEL)具有较低的阈值、对于输出偏振状态和强度可进行独立控制、超快的动力学行为和较大的调制带宽(约200GHz)等优点。利用这些特性，光泵浦自旋VCSEL在光通信、光信息处理、数据存储、量子计算和生化传感等领域有了新的应用前景。在光泵浦自旋VCSEL中可以观察到各种形式的超快不稳定现象，包括周期振荡、偏振转化和混沌动力学行为。光泵浦自旋VCSEL的混沌动力学在超快速光学混沌计算、超快速随机数产生、超快速混沌保密通信等方面有着潜在的重要应用价值。
由于互耦半导体激光器(MCSLs)具有高安全性和双向信息传输能力等优点，人们对其混沌同步和通信进行了越来越多的研究。研究证明，通过对两个MCSLs使用自反馈，可以在它们之间建立实时混沌同步和超前/滞后混沌同步。然而，对于包括电泵浦自旋VCSEL在内的面对面互耦常规激光器很难获得稳定的实时同步，而明确稳定的超前/滞后同步需要在MCSLs之间进行一定的失谐。为了实现稳定的实时同步和明确稳定的超前/滞后同步，又提出了一些复杂的MCSLs系统。然而，在这些方案中，虽然混沌同步可以在前向传播延时和后向传播延时相等的情况下实现，但由于两个MCSLs之间的不对称性，使得混沌同步的实现面临着新的挑战。更为重要的是，在相互耦合的常规激光器中，由于其具有纳秒量级的动态特性，因此很难实现多通道OTDM混沌保密通信。
因此，现有技术还有待进一步改进和提升。
发明内容
针对上述技术问题，本发明提供了一种四信道超高速双向OTDM保密通信系统，以实现高质量的同相和反相超前/滞后混沌同步以及信道超高速双向OTDM保密通信。
为了解决上述技术问题，本发明实施例提供一种四信道超高速双向OTDM保密通信系统，包括两个光纤生成分波模块、两个复用延时调制模块和两个光纤分束调制模块，其中，
每个光纤生成分波模块分别包括反馈激光器、自旋VCSEL和双向光纤环形器，所述反馈激光器所产生的偏振光依次经所述自旋VCSEL和双向光纤环形器，产生两路光波，两路所述光波分别注入所述光纤分束调制模块和复用延时模块；
每个复用延时调制模块分别包括光纤偏振分束器、两个延时复用模块、光纤偏振控制器和光纤分束器，所述光纤偏振分束器经由所述光纤产生分波模块所产生的其中一路光波的注入，将光波产生两路偏振波，并将两路偏振波分别经由一个延时复用模块与四路输入光信号调制和延时复用，经两个延时复用模块分别调制和延时复用产生的两路光波经光纤偏振控制器偏振产生一路光波纤维，所述光波纤维经由光纤分束器产生两路光波，所述光纤分束器所产生的其中一路光波注入所述光纤分束调制模块的光纤偏振分束器，另一路光波注入所述光纤生成分波模块的双向光纤环形器；
每个光纤分束调制模块分别包括两个光纤偏振分束器和两个解调滤波模块，两个光纤偏振分束器分别经由所述光纤生成分波模块所产生的其中一路光波和所述复用延时调制模块所产生的其中一路光波的注入，将所注入的两路光波分别产生两路偏振波，并将两路偏振波分别注入两个解调滤波模块，经由两个所述解调滤波模块分别同步解调和滤波以产生四路输出光信号。
进一步地，所述光纤生成分波模块包括第一光纤生成分波模块和第二光纤生成分波模块，所述第一光纤生成分波模块包括第一反馈激光器、第一偏振控制电路、第一自旋VCSEL和第一双向光纤环形器，所述第二光纤生成分波模块包括第二反馈激光器、第二偏振控制电路、第二自旋VCSEL和第二双向光纤环形器，所述第一反馈激光器所发出的偏振光经由第一偏振控制电路平行注入所述第一自旋VCSEL，所述第二反馈激光器所发出的偏振光经由第二偏振控制电路平行注入所述第二自旋VCSEL。
进一步地，所述第一反馈激光器和第一偏振控制电路之间、以及第二反馈激光器和第二偏振电路之间分别设有第一光纤隔离器和第二光纤隔离器以使偏振光单向传播。
进一步地，所述复用延时调制模块包括第一复用延时调制模块和第二复用延时调制模块，所述第一复用延时调制模块包括第一光纤偏振分束器、第一延时复用模块、第二延时复用模块、第一光纤偏振控制器和第一光纤分束器；所述第二复用延时调制模块包括第二偏振分束器、第三延时复用模块、第四延时复用模块、第二光纤偏振控制器和第二光纤分束器；所述双向光纤环形器包括第一双向光纤环形器和第二双向光纤环形器；
所述第一双向光纤环形器所产生的其中一路光波注入所述第一光纤偏振分束器分成两路偏振波，两路所述偏振波分别注入第一延时复用模块和第二延时复用模块并经由第一光纤偏振控制器合成一路光波纤维，一路所述光波纤维经所述第一光纤分束器产生两路光波，所述第一光纤分束器所产生的其中一路光波注入所述第二双向光纤环形器；
所述第二双向光纤环形器所产生的其中一路光波注入所述第二光纤偏振分束器以分成两路偏振波，两路所述偏振波分别注入第三延时复用模块和第四延时复用模块并经由第二光纤偏振控制器合成一路光波纤维，一路所述光波纤维经所述第二光纤分束器产生两路光波，所述第二光纤分束器所产生的其中一路光波注入所述第一双向光纤环形器。
进一步地，所述第一延时复用模块、第二延时复用模块、第三延时复用模块和第四延时复用模块分别包括一个第三光纤分束器、四个调制器、四个延时器和一个光复用器，每个所述调制器与每个延时器一一对应；
由所述第一光纤偏振分束器所注入的两路偏振波分别注入第一延时复用模块和第二延时复用模块，并分别经所述第一延时复用模块和第二延时复用模块的第三光纤分束器分成四路光波，由第三光纤分束器分成的四路光波分别经由四个调制器与所述四路光波输入信号调制、四个延时器延时、以及光复用器复用后注入第一光纤偏振控制器；
由所述第二光纤偏振分束器所注入的两路偏振波分别注入第三延时复用模块和第四延时复用模块，并分别经所述第三延时复用模块和第四延时复用模块的第三光纤分束器分成四路光波，由第三光纤分束器分成的四路光波分别经由四个调制器与四路光波输入信号调制、四个延时器延时、以及光复用器复用后注入第二光纤偏振控制器。
进一步地，所述光纤分束调制模块包括第一光纤分束调制模块和第二光纤分束调制模块，所述第一光纤分束调制模块包括第三光纤偏振分束器、第四光纤偏振分束器、第一解调滤波模块和第二解调滤波模块，所述第二光纤分束调制模块包括第五光纤偏振分束器、第六光纤偏振分束器、第三解调滤波模块和第四解调滤波模块；
所述第一光纤分束器的另一路光波注入所述第三光纤偏振分束器，经所述第三光纤偏振分束器生成两路偏振波，所述第三光纤偏振分束器所生成的两路偏振波分别注入所述第一解调滤波模块和第二解调滤波模块；所述第二双向光纤环形器的另一路光波注入所述第四光纤偏振分束器，经所述第四光纤偏振分束器生成两路偏振波，所述第四光纤偏振分束器所生成的两路偏振波分别注入所述第一解调滤波模块和第二解调滤波模块；
所述第二光纤分束器的另一路光波注入所述第六光纤偏振分束器，经所述第六光纤偏振分束器生成两路偏振波，所述第六光纤偏振分束器所生成的两路偏振波分别注入所述第三解调滤波模块和第四解调滤波模块；所述第一双向光纤环形器的另一路光波注入所述第五光纤偏振分束器，经所述第五光纤偏振分束器生成两路偏振波，所述第五光纤偏振分束器所生成的两路偏振波分别注入所述第三解调滤波模块和第四解调滤波模块。
进一步地，所述第一解调滤波模块、第二解调滤波模块、第三解调滤波模块和第四解调滤波模块分别包括一个第四光纤分束器、一个光时分复用器、四个延时器、四个减法滤波模块和八个光探测器，所述第四光纤分束器对应四个光探测器，所述光时分复用器对应四个延时器和四个光探测器；
所述第三光纤偏振分束器所产生的其中一路偏振波和所述第四光纤偏振分束器所产生的其中一路偏振波分别经所述第一解调滤波模块的光时分复用器和第二解调滤波模块的解复用为四路光波、延时器的延时、以及四个光探测器转换成四路电信号，所述第三光纤偏振分束器所产生的另一路偏振波和所述第四光纤偏振分束器所产生的另一路偏振波分别经由所述第一解调滤波模块的第四光纤分束器和第二解调滤波模块的第四光纤分束器分成四路光波、以及四个光探测器转换成四路电信号，所述光时分复用器所对应四个光探测器转换的四路电信号与所述第四光纤分束器的对应四个光探测器转换的四路电信号分别经四个减法滤波模块同步解调和滤波以产生四路输出光信号；
所述第五光纤偏振分束器所产生的其中一路偏振波和所述第六光纤偏振分束器所产生的其中一路偏振波分别经所述第三解调滤波模块的光时分复用器和第四解调滤波模块的解复用为四路光波、延时器的延时、以及四个光探测器转换成四路电信号，所述第五光纤偏振分束器所产生的另一路偏振波和所述第六光纤偏振分束器所产生的另一路偏振波分别经由所述第三解调滤波模块的第四光纤分束器和第四解调滤波模块的第四光纤分束器分成四路光波、以及四个光探测器转换成四路电信号，所述光时分复用器所对应四个光探测器转换的四路电信号与所述第四光纤分束器的对应四个光探测器转换的四路电信号分别经四个减法滤波模块同步解调和滤波以产生四路输出光信号。
进一步地，在所述自旋VCSEL前后分别设有中性密度滤光片用以控制光强。
进一步地，所述第一偏振控制电路和第二偏振控制电路均包括有光纤偏振器、光纤偏振控制器和光纤消偏器用以转换偏振光的两路偏振分量。
进一步地，所述四路输入光信号为四路不同的输入光信号。
本发明实施例一种四信道超高速双向OTDM保密通信系统，通过对两个自旋VCSELs进行外部光注入，实现了它们之间的混沌同步，由于它们的不对称性是由不均匀的传播延时引起的，因此通过向它们注入椭圆偏振光来很大程度上消除这种不对称性。并且通过进一步优化参数，实现了高质量的同相和反相超前/滞后混沌同步，并且实现了四信道超高速双向OTDM保密通信。
附图说明
图1是本发明实施例所提供的四信道超高速双向OTDM保密通信系统的一个优选结构框图。
图2是本发明实施例所提供的四信道超高速双向OTDM保密通信系统的另一个优选结构框图。
图3是图2所示框图所对应的器件连接结构图。
图4是图3中PCOC的光路结构图。
图5是图3中DMM的光路结构图。
图6是图3中SMM的光路结构图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅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。
本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的实施例能够以除了在这里图示或描述的内容以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
参加图1和图2和图3，本发明实施例提供的一种四信道超高速双向OTDM保密通信系统，包括两个光纤生成分波模块、两个复用延时调制模块和两个光纤分束调制模块，每个光纤生成分波模块分别包括反馈激光器、自旋VCSEL和双向光纤环形器，所述反馈激光器所产生的偏振光依次经所述自旋VCSEL和双向光纤环形器，产生两路光波，两路所述光波分别注入所述光纤分束调制模块和复用延时模块。
每个复用延时调制模块分别包括光纤偏振分束器、两个延时复用模块、光纤偏振控制器和光纤分束器，所述光纤偏振分束器经由所述光纤产生分波模块所产生的其中一路光波的注入，将光波产生两路偏振波，并将两路偏振波分别经由一个延时复用模块与四路输入光信号调制和延时复用，经两个延时复用模块分别调制和延时复用产生的两路光波经光纤偏振控制器偏振产生一路光波纤维，所述光波纤维经由光纤分束器产生两路光波，所述光纤分束器所产生的其中一路光波注入所述光纤分束调制模块的光纤偏振分束器，另一路光波注入所述光纤生成分波模块的双向光纤环形器。
每个光纤分束调制模块分别包括两个光纤偏振分束器和两个解调滤波模块，两个光纤偏振分束器分别经由所述光纤生成分波模块所产生的其中一路光波和所述复用延时调制模块所产生的其中一路光波的注入，将所注入的两路光波分别产生两路偏振波，并将两路偏振波分别注入两个解调滤波模块，经由两个所述解调滤波模块分别同步解调和滤波以产生四路输出光信号。
本发明所采用的自旋VCSEL不仅具有对激光输出灵活的自旋控制、飞秒量级的快速动力学行为和较大调制带宽等优点，而且还具有更多的控制参数，如泵浦量级、偏振椭圆度等。利用这些良好特性，在前向传播延时和后向传播延时不相等的情况下，通过对两个MCOP－自旋VCSELs进行外部光注入，实现了它们之间的混沌同步。
两个自旋VCSEL相互耦合，分别受到来自反馈激光器的外部光场的注入，进行光偏振以及相应的调制和复用，当这两个相互耦合的自旋VCSEL中出现偏振光的两个偏振分量之间的滞后同步时，可以进行双信道超前OTDM保密通信；而当偏振光的两个偏振分量之间存在超前同步时，可以实现双信道的滞后OTDM保密通信，故此该系统可以实现四通道的双向OTDM保密通信。
下面针对该保密通信系统做详细描述。
本实施例的所述光纤生成分波模块包括第一光纤生成分波模块11和第二光纤生成分波模块12，所述第一光纤生成分波模块11包括第一反馈激光器111(DFB1)、第一偏振控制电路112(PCOC1)和第一自旋VCSEL113(VCSEL1)，所述第二光纤生成分波模块12包括第二反馈激光器121(DFB2)、第二偏振控制电路122和第二自旋VCSEL123，第一反馈激光器111所发出的偏振光经由第一偏振控制电路112(PCOC1)平行注入所述第一自旋VCSEL113(VCSEL1)，第二反馈激光器121(DFB2)所发出的偏振光经由第二偏振控制电路122(PCOC2)平行注入第二自旋VCSEL123(VCSEL2)。
本实施例的VCSEL1和VCSEL2相互耦合，分别受到DFB1和DFB2的外部光场的注入。而为了方便区分，本实施例将VCSEL1输出的x偏振分量(XPC)和Y偏振分量(YPC)分别命名为1－XPC和1－YPC，将VCSEL2输出的XPC和YPC分别定义为2－XPC和2－YPC。而为确保DFB1和DFB2的偏振光平行注入VCSEL1和VCSEL2的XPC和YPC中，需要分别使用两个偏振控制光路(PCOC1和PCOC2)将这些来自DFB1和DFB2输出的偏振光波分成XPC和YPC。
在本实施例中，第一偏振控制电路112(PCOC1)和第二偏振控制电路122(PCOC2)均包括有光纤偏振器(FP)、光纤偏振控制器(FPC)和光纤消偏器(FD)用以转换偏振光的两路偏振分量。而针对两个偏振控制光路(PCOC1和PCOC2)的偏振控制功能，请参见图4，PCOC1和PCOC2对于XPC和YPC之间的转换通过光纤偏振器(FP)、光纤偏振控制器(FPC)和光纤消偏器(FD)等无源器件实现，而该偏振控制光路的偏振控制功能属于公知技术，在此不做详细赘述。
在本实施例中，又参加图3，第一反馈激光器111(DFB1)和第一偏振控制电路112(PCOC1)之间、以及第二反馈激光器121(DFB2)和第二偏振电路(PCOC2)之间分别设有第一光纤隔离器(FI1)和第二光纤隔离器(FI2)以使偏振光单向传播。在自旋VCSEL前后分别设有中性密度滤光片(NDFs)用以控制光强，即在VCSEL1的前后分别设有NDF1和NDF2，在VCSEL2的前后分别设有NDF3和NDF4，通过中性密度滤光片，可以有效控制进出自旋VCSEL的光强。
本实施例的双向光纤环行器(BFCs)用来实现光波的双向传播，包括第一双向光纤环形器114(BFC1)和第二双向光纤环形器124(BFC2)，BFC1将VCSEL1注入的偏振光分成两路光波，其中一路光波注入其中一个复用延时调制模块，另一路光波注入其中一个光纤分束调制模块，BFC2将VCSEL2注入的偏振光分成两路光波，其中一路光波注入另一个复用延时调制模块，另一路光波注入另一个光纤分束调制模块，使得光纤在各复用延时调制模块和光纤分束调制模块中进行相互耦合。
具体地，本实施例的复用延时调制模块包括第一复用延时调制模块21和第二复用延时调制模块22，第一复用延时调制模块21包括第一光纤偏振分束器211(FPBS1)、第一延时复用模块212(1－DMM)、第二延时复用模块213(2－DMM)、第一光纤偏振控制器214(FPC1)和第一光纤分束器215(FBS4)；第二复用延时调制模块22包括第二偏振分束器221(FPBS2)、第三延时复用模块222(3－DMM)、第四延时复用模块223(4－DMM)、第二光纤偏振控制器224(FPC2)和第二光纤分束器225(FBS6)。
第一双向光纤环形器114(BFC1)所产生的其中一路光波注入第一光纤偏振分束器211(FPBS1)分成两路偏振波(1－XPC和1－YPC)，两路所述偏振波(1－XPC和1－YPC)分别注入第一延时复用模块212(1－DMM)和第二延时复用模块213(2－DMM)并经由第一光纤偏振控制器214(FPC1)合成一路光波纤维(Fiber)，一路所述光波纤维(Fiber)经第一光纤分束器215(FBS4)产生两路光波，第一光纤分束器215(FBS4)所产生的其中一路光波注入第二双向光纤环形器124(BFC2)，而第一光纤分束器215(FBS4)所产生的另一路光波注入第一光纤分束调制模块31。
第二双向光纤环形器124(BFC2)所产生的其中一路光波注入第二光纤偏振分束器(FPBS2)以分成两路偏振波(2－XPC和2－YPC)，两路所述偏振波(2－XPC和2－YPC)分别注入第三延时复用模块222(3－DMM)和第四延时复用模块223(4－DMM)并经由第二光纤偏振控制器224(FPC2)合成一路光波纤维(Fiber)，一路所述光波纤维(Fiber)经所述第二光纤分束器225(FBS6)产生两路光波，而第二光纤分束器225(FBS6)所产生的其中一路光波注入第一双向光纤环形器114(BFC1)，而第二光纤分束器225(FBS6)所产生的另一路光波注入第二光纤分束调制模块32。
在本实施例中，第一延时复用模块212(1－DMM)、第二延时复用模块213(2－DMM)、第三延时复用模块222(3－DMM)和第四延时复用模块223(2－DMM)分别包括一个第三光纤分束器(FBS)、四个调制器(MD)、四个延时器(DL)和一个光复用器(OTM)，每个调制器(MD)与一个延时器(DL)一一对应。本实施例的延时复用模块具体光路结构参见图4，由光纤偏振分束器输出的偏振波经第三光分束器分成四路光波，四路光波分别由一路调制器与一路光波输入信号(mj1、mj2、mj3和mj4，j＝1，2，3，4)调制，在经过延时器的延时(dt1、dt2、dt3和dt4)处理后的四路光波在经过光复用器复用生产一路光波信号。
具体地，由第一光纤偏振分束器211(FPBS1)所注入的其中一路偏振波(1－XPC)注入第一延时复用模块212(1－DMM)，经第一延时复用模块212(1－DMM)的第三光纤分束器(FBS)分成四路光波，由第三光纤分束器(FBS)分成的四路光波分别经由四个调制器(MD)与四路光波输入信号(m11、m12、m13和m14)调制、四个延时器延时(dt1、dt2、dt3和dt4)、以及光复用器(OTM)复用后注入第一光纤偏振控制器214(FPC1)；第一光纤偏振分束器211(FPBS1)所注入的另一路偏振波(1－YPC)注入第二延时复用模块213(2－DMM)，经第二延时复用模块213(2－DMM)的第三光纤分束器(FBS)分成四路光波，由第三光纤分束器(FBS)分成的四路光波分别经由四个调制器(MD)与四路光波输入信号(m21、m22、m23和m24)调制、四个延时器延时(dt1、dt2、dt3和dt4)、以及光复用器(OTM)复用后注入第一光纤偏振控制器214(FPC1)。
同样地，由第二光纤偏振分束器(FPBS2)所注入的其中一路偏振波(2－XPC)注入第三延时复用模块222(3－DMM)，经第三延时复用模块222(3－DMM)的第三光纤分束器(FBS)分成四路光波，由第三光纤分束器(FBS)分成的四路光波分别经由四个调制器(MD)与四路光波输入信号(m31、m32、m33和m34)调制、四个延时器延时(dt1、dt2、dt3和dt4)、以及光复用器(OTM)复用后注入第二光纤偏振控制器224(FPC2)；第二光纤偏振分束器(FPBS2)所注入的另一路偏振波(2－YPC)注入第四延时复用模块223223(4－DMM)，经第四延时复用模块223223(4－DMM)的第三光纤分束器(FBS)分成四路光波，由第三光纤分束器(FBS)分成的四路光波分别经由四个调制器(MD)与四路光波输入信号(m41、m42、m43和m44)调制、四个延时器延时(dt1、dt2、dt3和dt4)、以及光复用器(OTM)复用后注入第二光纤偏振控制器224(FPC1)。
通过上述复用延时调制模块的处理，可以将外部输入的四路光输入信号(或消息)与外部光场注入的偏振光融合到一起调制复用和编码。
在本实施例中，光纤分束调制模块包括第一光纤分束调制模块31和第二光纤分束调制模块32，第一光纤分束调制模块31包括第三光纤偏振分束器311(FPBS3)、第四光纤偏振分束器312(FPBS4)、第一解调滤波模块313(1－SDM)和第二解调滤波模块314(2－SDM)，第二光纤分束调制模块32包括第五光纤偏振分束器321(FPBS5)、第六光纤偏振分束器322(FPBS6)、第三解调滤波模块323(3－SDM)和第四解调滤波模块324(4－SDM)。
本实施例的第一光纤分束器215(FBS4)的另一路光波注入所述第三光纤偏振分束器311(FPBS3)，经第三光纤偏振分束器311(FPBS3)生成两路偏振波(1－XPC和1－YPC)，第三光纤偏振分束器311(FPBS3)所生成的两路偏振波(1－XPC和1－YPC)分别注入第一解调滤波模块313(1－SDM)和第二解调滤波模块314(2－SDM)。第二双向光纤环形器124(BFC2)的另一路光波注入第四光纤偏振分束器312(FPBS4)，经第四光纤偏振分束器312(FPBS4)生成两路偏振波(2－XPC和2－YPC)，第四光纤偏振分束器312(FPBS4)所生成的两路偏振波(2－XPC和2－YPC)注入第一解调滤波模块313(1－SDM)和第二解调滤波模块314(2－SDM)。
同样地，第二光纤分束器225(FBS6)的另一路光波注入第六光纤偏振分束器322(FPBS6)，经第六光纤偏振分束器322(FPBS6)生成两路偏振波(2－XPC和2－YPC)，第六光纤偏振分束器322(FPBS6)所生成的两路偏振波(2－XPC和2－YPC)分别注入第三解调滤波模块323(3－SDM)和第四解调滤波模块324(4－SDM)；第一双向光纤环形器114(BFC1)的另一路光波注入第五光纤偏振分束器321(FPBS5)，经第五光纤偏振分束器321(FPBS5)生成两路偏振波(1－XPC和1－YPC)，第五光纤偏振分束器321(FPBS5)所生成的两路偏振波(1－XPC和1－YPC)分别注入第三解调滤波模块323(3－SDM)和第四解调滤波模块324(4－SDM)。
在本实施例中，第一解调滤波模块313、第二解调滤波模块314、第三解调滤波模块323和第四解调滤波模块324分别包括一个第四光纤分束器(FBS)、一个光时分复用器(OTD)、四个延时器(DL)、四个减法滤波模块(SMF)和八个光探测器(PD)，第四光纤分束器(FBS)对应四个光探测器(PD)，光时分复用器(OTD)对应四个延时器(DL)和四个光探测器(PD)。本实施例的解调滤波模块具体光路结构参见图5，光纤偏振分束器所产生的其中一路偏振波和光纤偏振分束器所产生的其中一路偏振波，两路偏振波中的其中一路经光时分复用器(OTD)解复用为四路光波，并经过延时器(DL)的延时(δt1、δt2、δt3和δt4)、以及四个光探测器(PD)转换为四路电信号，两路偏振波中的另一路经第四光纤分束器(FBS)分成四路光波，再经过四路光探测器(PD)转换成四路电信号，经复用延时转换得到的四路电信号与经分束转换得到的四路电信号分别经过四个减法滤波模块(SMF)同步解调和滤波以产生四路输出光信号(m＂j1、m＂j2、m＂j3和m＂j4，，j＝1，2，3，4)。
具体地，第三光纤偏振分束器311(FPBS3)所产生的其中一路偏振波(1－YPC)经第一解调滤波模块313(1－SDM)的光时分复用器(OTD)复用为四路四路光波，并经过延时器(DL)的延时(δt1、δt2、δt3和δt4)、以及四个光探测器(PD)转换为四路电信号，第四光纤偏振分束器312(FPBS4)所产生的其中一路偏振波(2－YPC)经第四光纤分束器(FPS)分成四路光波，再经过四路光探测器(PD)转换成四路电信号，经复用延时转换得到的四路电信号与经分束转换得到的四路电信号分别经过四个减法滤波模块(SMF)同步解调和滤波以产生四路输出光信号(m＂21、m＂22、m＂23和m＂24)。
第三光纤偏振分束器311(FPBS3)所产生的另一路偏振波(1－XPC)经第二解调滤波模块314(2－SDM)的光时分复用器(OTD)复用为四路四路光波，并经过延时器(DL)的延时(δt1、δt2、δt3和δt4)、以及四个光探测器(PD)转换为四路电信号，第四光纤偏振分束器312(FPBS4)所产生的其中一路偏振波(2－XPC)经第四光纤分束器(FPS)分成四路光波，再经过四路光探测器(PD)转换成四路电信号，经复用延时转换得到的四路电信号与经分束转换得到的四路电信号分别经过四个减法滤波模块(SMF)同步解调和滤波以产生四路输出光信号(m＂11、m＂12、m＂13和m＂14)。
同样地，第五光纤偏振分束器321(FPBS5)所产生的其中一路偏振波(1－YPC)经第三解调滤波模块323(3－SDM)的光时分复用器(OTD)复用为四路四路光波，并经过延时器(DL)的延时(δt1、δt2、δt3和δt4)、以及四个光探测器(PD)转换为四路电信号，第六光纤偏振分束器322(FPBS6)所产生的其中一路偏振波(2－YPC)经第四光纤分束器(FPS)分成四路光波，再经过四路光探测器(PD)转换成四路电信号，经复用延时转换得到的四路电信号与经分束转换得到的四路电信号分别经过四个减法滤波模块(SMF)同步解调和滤波以产生四路输出光信号(m＂41、m＂42、m＂43和m＂44)。
第五光纤偏振分束器321(FPBS5)所产生的其中一路偏振波(1－XPC)经第四解调滤波模块324(4－SDM)的光时分复用器(OTD)复用为四路四路光波，并经过延时器(DL)的延时(δt1、δt2、δt3和δt4)、以及四个光探测器(PD)转换为四路电信号，第六光纤偏振分束器322(FPBS6)所产生的其中一路偏振波(2－XPC)经第四光纤分束器(FPS)分成四路光波，再经过四路光探测器(PD)转换成四路电信号，经复用延时转换得到的四路电信号与经分束转换得到的四路电信号分别经过四个减法滤波模块(SMF)同步解调和滤波以产生四路输出光信号(m＂31、m＂32、m＂33和m＂34)。
通过上述光纤分束调制模块，本实施例可以将经过编码调制的四路光输入信号(或消息)解调，获得解码消息(m＂j1、m＂j2、m＂j3和m＂j4，，j＝1，2，3，4)。而本实施例的四路输入光信号为四路不同的输入光信号。所以，当本本实施例的两个相互耦合的自旋VCSEL中出现1－XPC(1－YPC)和2－XPC(2－YPC)之间的滞后同步时，就能够进行双通道超前OTDM保密通信，而当当1－XPC(1－YPC)和2－XPC(2－YPC)之间存在超前同步时，可以实现双信道的滞后OTDM保密通信。
经过实验，本发明实施例提供的系统，在前向传播延时和后向传播延时不相等的条件下，通过光注入两个自旋VCSEL中偏振分量的同相和反相超前/滞后混沌同步，使得在不同的参数空间中，高质量的同相和反相超前/滞后混沌同步的演化轨迹呈现周期性变化，如传播延时差和总归一化泵浦功率、传播延时差和泵浦偏振椭圆度、传播延时差和注入强度等待。通过通过对这些关键参数的优化，当传播延时差固定在不同值时，两个自旋VCSEL可以实现高质量的同相和反相超前/滞后混沌同步。而在获得高质量的超前/滞后混沌同步的条件下，利用激光输出的灵活自旋控制和偏振编码解码的优点，使得本系统能够很好的实现四通道双向OTDM保密通信，而且具有良好的双向OTDM保密通信性能。
当然，本发明实施例主要是通过两个相互耦合的自旋VCSEL所构建双向保密通信系统，上述实施例实现了四通道双向OTDM保密通信，在该实施例基础上，通过对复用延时调制模块和光纤分束调制模块的扩展，亦可以实现其他多通道双向OTDM保密通信，比如8通道、16通道等等。
以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种四信道超高速双向OTDM保密通信系统，其特征在于，包括两个光纤生成分波模块、两个复用延时调制模块和两个光纤分束调制模块，其中，
每个光纤生成分波模块分别包括反馈激光器、自旋VCSEL和双向光纤环形器，所述反馈激光器所产生的偏振光依次经所述自旋VCSEL和双向光纤环形器，产生两路光波，两路所述光波分别注入所述光纤分束调制模块和复用延时模块；
每个复用延时调制模块分别包括光纤偏振分束器、两个延时复用模块、光纤偏振控制器和光纤分束器，所述光纤偏振分束器经由所述光纤产生分波模块所产生的其中一路光波的注入，将光波产生两路偏振波，并将两路偏振波分别经由一个延时复用模块与四路输入光信号调制和延时复用，经两个延时复用模块分别调制和延时复用产生的两路光波经光纤偏振控制器偏振产生一路光波纤维，所述光波纤维经由光纤分束器产生两路光波，所述光纤分束器所产生的其中一路光波注入所述光纤分束调制模块的光纤偏振分束器，另一路光波注入所述光纤生成分波模块的双向光纤环形器；
每个光纤分束调制模块分别包括两个光纤偏振分束器和两个解调滤波模块，两个光纤偏振分束器分别经由所述光纤生成分波模块所产生的其中一路光波和所述复用延时调制模块所产生的其中一路光波的注入，将所注入的两路光波分别产生两路偏振波，并将两路偏振波分别注入两个解调滤波模块，经由两个所述解调滤波模块分别同步解调和滤波以产生四路输出光信号。
2.根据权利要求1所述的四信道超高速双向OTDM保密通信系统，其特征在于，所述光纤生成分波模块包括第一光纤生成分波模块和第二光纤生成分波模块，所述第一光纤生成分波模块包括第一反馈激光器、第一偏振控制电路、第一自旋VCSEL和第一双向光纤环形器，所述第二光纤生成分波模块包括第二反馈激光器、第二偏振控制电路、第二自旋VCSEL和第二双向光纤环形器，所述第一反馈激光器所发出的偏振光经由第一偏振控制电路平行注入所述第一自旋VCSEL，所述第二反馈激光器所发出的偏振光经由第二偏振控制电路平行注入所述第二自旋VCSEL。
3.根据权利要求2所述的四信道超高速双向OTDM保密通信系统，其特征在于，所述第一反馈激光器和第一偏振控制电路之间、以及第二反馈激光器和第二偏振电路之间分别设有第一光纤隔离器和第二光纤隔离器以使偏振光单向传播。
4.根据权利要求1所述的四信道超高速双向OTDM保密通信系统，其特征在于，所述复用延时调制模块包括第一复用延时调制模块和第二复用延时调制模块，所述第一复用延时调制模块包括第一光纤偏振分束器、第一延时复用模块、第二延时复用模块、第一光纤偏振控制器和第一光纤分束器；所述第二复用延时调制模块包括第二偏振分束器、第三延时复用模块、第四延时复用模块、第二光纤偏振控制器和第二光纤分束器；
所述第一双向光纤环形器所产生的其中一路光波注入所述第一光纤偏振分束器分成两路偏振波，两路所述偏振波分别注入第一延时复用模块和第二延时复用模块并经由第一光纤偏振控制器合成一路光波纤维，一路所述光波纤维经所述第一光纤分束器产生两路光波，所述第一光纤分束器所产生的其中一路光波注入所述第二双向光纤环形器；
所述第二双向光纤环形器所产生的其中一路光波注入所述第二光纤偏振分束器以分成两路偏振波，两路所述偏振波分别注入第三延时复用模块和第四延时复用模块并经由第二光纤偏振控制器合成一路光波纤维，一路所述光波纤维经所述第二光纤分束器产生两路光波，所述第二光纤分束器所产生的其中一路光波注入所述第一双向光纤环形器。
5.根据权利要求4所述的四信道超高速双向OTDM保密通信系统，其特征在于，所述第一延时复用模块、第二延时复用模块、第三延时复用模块和第四延时复用模块分别包括一个第三光纤分束器、四个调制器、四个延时器和一个光复用器，每个所述调制器与每个延时器一一对应；
由所述第一光纤偏振分束器所注入的两路偏振波分别注入第一延时复用模块和第二延时复用模块，并分别经所述第一延时复用模块和第二延时复用模块的第三光纤分束器分成四路光波，由第三光纤分束器分成的四路光波分别经由四个调制器与所述四路光波输入信号调制、四个延时器延时、以及光复用器复用后注入第一光纤偏振控制器；
由所述第二光纤偏振分束器所注入的两路偏振波分别注入第三延时复用模块和第四延时复用模块，并分别经所述第三延时复用模块和第四延时复用模块的第三光纤分束器分成四路光波，由第三光纤分束器分成的四路光波分别经由四个调制器与四路光波输入信号调制、四个延时器延时、以及光复用器复用后注入第二光纤偏振控制器。
6.根据权利要求4所述的四信道超高速双向OTDM保密通信系统，其特征在于，所述光纤分束调制模块包括第一光纤分束调制模块和第二光纤分束调制模块，所述第一光纤分束调制模块包括第三光纤偏振分束器、第四光纤偏振分束器、第一解调滤波模块和第二解调滤波模块，所述第二光纤分束调制模块包括第五光纤偏振分束器、第六光纤偏振分束器、第三解调滤波模块和第四解调滤波模块；
所述第一光纤分束器的另一路光波注入所述第三光纤偏振分束器，经所述第三光纤偏振分束器生成两路偏振波，所述第三光纤偏振分束器所生成的两路偏振波分别注入所述第一解调滤波模块和第二解调滤波模块；所述第二双向光纤环形器的另一路光波注入所述第四光纤偏振分束器，经所述第四光纤偏振分束器生成两路偏振波，所述第四光纤偏振分束器所生成的两路偏振波分别注入所述第一解调滤波模块和第二解调滤波模块；
所述第二光纤分束器的另一路光波注入所述第六光纤偏振分束器，经所述第六光纤偏振分束器生成两路偏振波，所述第六光纤偏振分束器所生成的两路偏振波分别注入所述第三解调滤波模块和第四解调滤波模块；所述第一双向光纤环形器的另一路光波注入所述第五光纤偏振分束器，经所述第五光纤偏振分束器生成两路偏振波，所述第五光纤偏振分束器所生成的两路偏振波分别注入所述第三解调滤波模块和第四解调滤波模块。
7.根据权利要求6所述的四信道超高速双向OTDM保密通信系统，其特征在于，所述第一解调滤波模块、第二解调滤波模块、第三解调滤波模块和第四解调滤波模块分别包括一个第四光纤分束器、一个光时分复用器、四个延时器、四个减法滤波模块和八个光探测器，所述第四光纤分束器对应四个光探测器，所述光时分复用器对应四个延时器和四个光探测器；
所述第三光纤偏振分束器所产生的其中一路偏振波和所述第四光纤偏振分束器所产生的其中一路偏振波分别经所述第一解调滤波模块的光时分复用器和第二解调滤波模块的解复用为四路光波、延时器的延时、以及四个光探测器转换成四路电信号，所述第三光纤偏振分束器所产生的另一路偏振波和所述第四光纤偏振分束器所产生的另一路偏振波分别经由所述第一解调滤波模块的第四光纤分束器和第二解调滤波模块的第四光纤分束器分成四路光波、以及四个光探测器转换成四路电信号，所述光时分复用器所对应四个光探测器转换的四路电信号与所述第四光纤分束器的对应四个光探测器转换的四路电信号分别经四个减法滤波模块同步解调和滤波以产生四路输出光信号；
所述第五光纤偏振分束器所产生的其中一路偏振波和所述第六光纤偏振分束器所产生的其中一路偏振波分别经所述第三解调滤波模块的光时分复用器和第四解调滤波模块的解复用为四路光波、延时器的延时、以及四个光探测器转换成四路电信号，所述第五光纤偏振分束器所产生的另一路偏振波和所述第六光纤偏振分束器所产生的另一路偏振波分别经由所述第三解调滤波模块的第四光纤分束器和第四解调滤波模块的第四光纤分束器分成四路光波、以及四个光探测器转换成四路电信号，所述光时分复用器所对应四个光探测器转换的四路电信号与所述第四光纤分束器的对应四个光探测器转换的四路电信号分别经四个减法滤波模块同步解调和滤波以产生四路输出光信号。
8.根据权利要求1所述的四信道超高速双向OTDM保密通信系统，其特征在于，在所述自旋VCSEL前后分别设有中性密度滤光片用以控制光强。
9.根据权利要求2所述的四信道超高速双向OTDM保密通信系统，其特征在于，所述第一偏振控制电路和第二偏振控制电路均包括有光纤偏振器、光纤偏振控制器和光纤消偏器用以转换偏振光的两路偏振分量。
10.根据权利要求1所述的四信道超高速双向OTDM保密通信系统，其特征在于，所述四路输入光信号为四路不同的输入光信号。
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