CN113472516B - 基于qcl双路高速自由空间混沌键控保密通信方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于QCL双路高速自由空间混沌键控保密通信方法及装置，属于自由空间光通信技术领域；提供一种自由空间中红外混沌键控保密通信方法的改进方案，提高了现有中红外空间光保密通信的通信速率；技术方案为：通过量子级联激光器的互耦合结构，调控参数产生双路不相关的宽带混沌信号；两路激光器分别单向注入到对应参数一致的两路接收激光器；通过发射端注入接收端的电流在偏置电流附近的变化来编码数字信息，用探测器分别收集两路中的发射端与接收端信号，利用发射激光器和接收激光器之间的混沌同步状态，作减法实现信息解调，实现自由空间中红外混沌键控高速保密通信。

Description

基于QCL双路高速自由空间混沌键控保密通信方法及装置

技术领域

本发明属于自由空间光通信技术领域，涉及自由空间中红外混沌键控保密通信的方法及装置；具体为一种基于QCL的双路高速自由空间混沌键控保密通信方法及装置。

背景技术

近来空间光通信不断发展，相对于光纤通信可以更快、更经济的部署，相对于无线电波有更高的带宽，在校园范围的网络通信、受灾后的光纤通信网络代替，连接无人机覆盖通信白点以及私人通信等方面有非常开阔的应用前景。在空间通信中，大量数据通过大气通道传播，信息容易被捕获，加密信息保证信息安全的保密通信是保证空间光通信安全的基石。

混沌激光保密通信是近20年来兴起的一种保密通信方式，将信息被加载在混沌信号中，因混沌的复杂性和随机性，用混沌作为载波窃听者很难从中获取信息。在自由空间光通信中，工作波长是一个重要参数，制约现有空间光通信的一个重要因素是天气因素的影响。传统通信使用的近红外波段在自由空间中传输损耗高、易受天气影响，无法保证混沌同步，因此无法实现保密通信。中红外波段包含两个大气窗口(3～5μm，8～14μm)，受天气因素影响小，经大气传输后混沌同步性衰减小，能够保证自由空间混沌保密通信的实现，该波段适合开发空间光通信应用。在中红外波段，量子级联激光器(QCL)的输出波长在此波段之内，是中红外波段的理想光源。

已有报道提出利用光反馈量子级联激光器产生中红外混沌光源进行空间光保密通信。但目前通过光反馈量子级联激光器目前通过光反馈只能产生低频起伏(LFF)，虽然低频起伏有混沌的特性，但其带宽小，无法满足高速通信需求，目前仅实现了速率为0.5Mbit/s,单路通信传输[Nature Communications,Vol.12,No.1,pp.1-8,2021.]。在互耦合结构会使两个激光器的输出状态互相影响，亦可产生丰富的动力学现象。调控参数多于光反馈结构，如失谐频率和偏置电流，能够产生更复杂的高带宽混沌，能满足高速信息速率对载波的要求，适合作为高速通信使用。

发明内容

本发明克服了现有技术的不足，提出一种基于QCL双路高速自由空间混沌键控保密通信方法及装置。采用互耦合量子级联激光器产生的两路不相关的混沌信号作为混沌源，产生宽带混沌信号，实现高速混沌光保密通信。

为了达到上述目的，本发明是通过如下技术方案实现的。

基于QCL双路高速自由空间混沌键控保密通信方法，包括以下步骤：

步骤一：通过两激光器互耦合产生宽带混沌信号C_T1(t)，C_T2(t)。

步骤二：将所述的两激光器作为两路发射激光器，通过任意波形发生器分别调制两激光器的偏置电流将两路数字信号B₁(t)，B₂(t)分别加载到第一路和第二路发射激光器中，第一路和第二路发射激光器的偏置电流分别为I_T1(t)＝I_b1+I_m1B(t)，I_T2(t)＝I_b2+I_m2B(t)，两激光器经调制后输出的载波混沌信号为C′_T1(t)，C′_T2(t)。

步骤三：将第一路接收激光器和第二路接收激光器的偏置电流设置为I_R1(t)＝I_b1，I_R2(t)＝I_b2，通过第一路发射激光器单向注入对应的第一接收激光器，第二路发射激光器单向注入对应的第二接收激光器，两路接收激光器输出的混沌信号分别为C_R1(t)，C_R2(t)。

步骤四：包含信息的混沌信号C′_T1(t)，C′_T2(t)通过在自由空间大气信道传输至两接收激光器，当数字信号B(t)的′0′′1′状态发生变化时，发射激光器和接收激光器偏置电流I_T(t)和I_R(t)受到影响，使发射激光器和接收激光器之间的同步状态发生改变，解调信息时通过对接收激光器的输入端信号C′_T(t)和输出端信号C_R(t)做减法来恢复原信息，第一路和第二路信息作差分别为B′₁(t)＝C_R1(t)-C′_T1(t)，B′₂(t)＝C_R2(t)-C′_T2(t)。

进一步：所述步骤一中通过两激光器互耦合产生宽带混沌激光C_T1(t)，C_T2(t)的具体步骤为：

第一发射激光器发出的光依次经第一聚焦透镜准直，第一分束镜分光，其中一部分光经过第一偏振片传输后到达第四分束镜，经第四分束镜分束后的光一部分经第五聚焦透镜后到达第二发射激光器，另一部经过第一光隔离器后到达第二偏振片。

同时第二发射激光器发出的光依次经第五聚焦透镜准直，第四分束镜分光，其中一部分光经过第一偏振片传输后到达第一分束镜，经第一分束镜分束后光的一部分经第一聚焦透镜后到达第一发射激光器，另一部分经过第二光隔离器到达第三偏振片。

通过调节第一偏振片的旋转角度和两发射激光器的温度，对两发射激光器注入光路的注入光强度和波长失谐进行调控，两发射激光器波长失谐范围在0.12nm～0.22nm，结合两发射激光器偏置电流及两激光器距离间隔的设置，最终产生不同步的双路宽带混沌激光C_T1(t)，C_T2(t)。

进一步的：所述步骤二具体为：

将任意波形发生器输出的数字信号B₁(t)通过电流调制I_T1(t)＝I_b1+I_m1B(t)加载到发射激光器上，此时第一路发射激光器输出的混沌信号为C′_T1(t)，信息通过电流调制加载到混沌信号中，通过电流调制数字信号B₂(t)输出载波混沌信号C′_T2(t)。

进一步的：所述步骤三具体为：

将第一发射激光器的宽带中红外混沌激光C_T1(t)依次经第二分束镜、第三分束镜和第四聚焦透镜传输后注入到第一接收激光器中，第一接收激光器与第一发射激光器参数一致，通过调整偏振片控制互注入光强，同时控制第一接收激光器的偏置电流为I_b1；以同样的方式第二发射激光器注入到第二接收激光器，控制第二接收激光器的偏置电流为I_b2。

进一步：所述步骤四具体为：

将携带消息的混沌载波信号C′_T1(t)经第二分束镜和第二聚焦透镜传输到第一量子阱红外探测器；

第一接收激光器输出的混沌激光C_R1(t)，经第四聚焦透镜、第三分束镜和第三聚焦透镜传输到第二量子阱红外探测器；

当数字信号B(t)为高电平′1′时，发射激光器的偏置电流为I_T(t)＝I_b+I_mB(t)，接收激光器的偏置电流固定为I_R(t)＝I_b，导致发射激光器和接收激光器偏置电流参数不一致，此时发射端与接收端混沌不同步；当数字信号B(t)为低电平′0′时，发射激光器的偏置电流为I_T(t)＝I_b，接收激光器的偏置电流固定为I_R(t)＝I_b，发射激光器和接收激光器偏置电流参数一致，此时发射端与接收端实现混沌同步；在示波器处将携带消息的载波混沌信号C′_T1(t)与第一接收激光器产生的混沌光C_R1(t)做减法，滤波后解调得到加载的消息，得到的解调信息为B′₁(t)＝C_R1(t)-C′_T1(t)，同样另一路部分得到的解调信息为B′₂(t)＝C_R2(t)-C′_T2(t)。

进一步的：调制电流I_m1，I_m2小于偏置电流的5％以实现高质量的信息解调；

所述第一发射激光器与第一接收激光器采用参数一致的量子级联激光器且其内部无隔离器，第一发射激光器输出为C′_T1(t)，第一接收激光器输出为C_R1(t)，当数字信号为′0′即发射与接收两端偏置电流一致时，两混沌信号同步性大于0.9。

所述第二发射激光器与第二接收激光器具体采用参数一致的量子级联激光器且其内部无隔离器，第二发射激光器输出为C′_T2(t)，第二接收激光器输出为C_R2(t)，当数字信号为′0′即发射与接收两端偏置电流一致时，两混沌信号同步性大于0.9。

所述第一发射激光器与第二发射激光器的波长失谐范围在0.12nm～0.22nm，两激光器互耦合输出不同步的混沌激光C_T1(t)，C_T2(t)。

一种基于QCL双路高速自由空间混沌键控保密通信的装置，包括第一、二发射激光器和第一、二接收激光器，其特征在于：还包括第一、二任意波形发生器。

第一任意波形发生器输出的数字信号调制到第一发射激光器的电流上，输出包含信息的载波混沌信号C′_T1(t)，C′_T1(t)依次经过第一光隔离器、第二偏振片后进入第二分束镜，同理第二任意波形发生器输出的数字信号调制到第二发射激光器的电流上，输出包含信息的载波混沌信号C′_T2(t)，C′_T2(t)依次经过第二光隔离器、第三偏振片后进入第五分束镜。

C′_T1(t)通过第二分束镜后，其中一束光通过第二聚焦透镜传输至第一量子阱红外探测器，另一束光经第四聚焦透镜后注入第一接收激光器，同理第二发射激光器输出含有信息的载波混沌信号进入第二接收激光器；第一接收激光器的输出信号C_R1(t)经第三分束镜后通过第三聚焦透镜传输至第二量子阱红外探测器，将第一量子阱红外探测器带有消息的混沌信号、第二量子阱红外探测器的混沌信号同时输入第一示波器，所述第一示波器将输入的信息做减法实现消息的解调，得到恢复信息B′₁(t)，同理第二接收激光器的输出信号最终输入第二示波器得到恢复信息B′₂(t)。

进一步的，第一发射激光器发出的光依次经过第一聚焦透镜后经过第四分束镜分束，其中一束光经过第二偏振片传输后到达第二分束镜，另一束光经过第五聚焦透镜后注入第二发射激光器。

同时第二发射激光器发出的光经过第五聚焦透镜后经过第一分束镜分束，其中一部分光经过第二偏振片传输后到达第五分束镜，另一部分光经过第一聚焦透镜后注入第一发射激光器；通过调节偏振片角度与温度，产生宽带混沌激光C_T1(t)，C_T2(t)。

进一步的：所述第一发射激光器和第一接收激光器采用参数一致的量子级联激光器且其内部无隔离器；第二发射激光器和第二接收激光器采用参数一致的量子级联激光器且其内部无隔离器；所述第一发射激光器与第二发射激光器波长失谐范围在0.12nm～0.22nm，两发射激光器互耦合输出不相关的混沌激光C_T1(t)，C_T2(t)。

本发明相对于现有技术所产生的有益效果为：

1.以量子级联激光器作为中红外混沌光源，经大气传输后收发混沌信号同步性衰减小，可实现自由空间光保密通信。

2.互耦合结构可调控参数多于光反馈结构，可以通过调节频率失谐和偏置电流获得理想的宽带混沌源以做高速载波通信。

3.两激光器互耦合结构输出两路不相关的混沌光源，可以实现双路通信。

附图说明

图1为本发明所述混沌键控保密通信装置的结构示意图；

图中：1a、1b为第一、第二发射激光器，2a、2b为第一、第五聚焦透镜，3a、3b为第一、第四分束镜，4为第一偏振片，5a、5b为第一、第二光隔离器，6a、6b为第二、第三偏振片，7a、7b为第一、第二任意波形发生器，8a、8b为第二、第五分束镜，9a、9b为第二、第六聚焦透镜，10a、10b为第一、第三量子阱红外探测器，11a、11b为第一、第二示波器，12a、12b为第三、第六分束镜，13a、13b为第三、第七聚焦透镜，14a、14b为第二、第四量子阱红外探测器，15a、15b为第四、第八聚焦透镜，16a、16b为第一、第二接收激光器。

具体实施方式

为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，结合实施例和附图，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。下面结合实施例及附图详细说明本发明的技术方案，但保护范围不被此限制。

一种基于QCL的双路高速自由空间混沌键控保密通信方法，包括如下步骤：实现该方法采用的装置如图1所示。

步骤一：使用两个量子级联激光器搭建互耦合结构，调节频率失谐、偏置电流与注入比输出两路不相关的混沌信号C_T1(t)，C_T2(t)，对应图1中的第①部分。

具体的，第一发射激光器1a(第一量子级联激光器)发出的光依次经第一聚焦透镜2a准直，第一分束镜3a分光，其中一部分光经过第一偏振片4传输后到达第四分束镜3a，斤第四分束镜3a分出的光一部分经第五聚焦透镜2b后到达第二发射激光器1b(第二量子级联激光器)，另一部分经过第一光隔离器5a后到达第二偏振片6a，同时第二发射激光器1b发出的光依次经第五聚焦透镜2b准直，第四分束镜3b分光，其中一部分光经过第一偏振片4传输后到达第一分束镜3a，经第一分束镜3a分束的光一部分经第一聚焦透镜2a后到达第一发射激光器1a，另一部分经过第二光隔离器5b后到达第三偏振片6b。

通过调节第一偏振片4的旋转角度和两量子级联激光器的温度，可以实现两量子级联激光器注入光路的注入光强度和波长失谐的调控，两发射激光器波长失谐范围在0.12nm～0.22nm，结合两发射激光器偏置电流及两激光器距离间隔的设置，最终产生不同步的双路宽带混沌激光C_T1(t)，C_T2(t)。

步骤二：将上述两激光器作为发射端，通过第一、第二任意波形发生器7a，7b分别对应调制第一、第二发射激光器1a和1b的偏置电流，将两路数字信号B₁(t)，B₂(t)分别加载到第一路和第二路发射激光器中，此时第一路和第二路发射激光器的偏置电流分别为I_T1(t)＝I_b1+I_m1B(t)，I_T2(t)＝I_b2+I_m2B(t)，两激光器经调制后输出的载波混沌信号为C′_T1(t)，C′_T2(t)；将第一接收激光器16a和第二接收激光器16b的偏置电流设置为I_R1(t)＝I_b1，I_R2(t)＝I_b2，通过第一发射激光器1a单向注入对应的第一接收激光器16a，通过第二发射激光器1b单向注入对应的第二接收激光器16b，此时两接收激光器输出的混沌信号为C_R1(t)，C_R2(t)，第一路信息的加载对应于图1中的第②，第二路信息的加载对应于图1中的第③。同理③部分通过电流调制数字信号B₂(t)输出载波混沌信号C′_T2(t)。

步骤三：包含信息的混沌信号C′_T1(t)，C′_T2(t)通过自由空间传输至两接收激光器，当数字信号B(t)的′0′′1′状态发生变化时，发射激光器和接收激光器偏置电流I_T(t)和I_R(t)受到影响，使发射激光器和接收激光器之间的同步状态发生改变，解调信息时通过对接收激光器的输入端信号C′_T(t)和输出端信号C_R(t)做减法来恢复原信息，第一路和第二路信息作差分别为B′₁(t)＝C_R1(t)-C′_T1(t)，B′₂(t)＝C_R2(t)-C′_T2(t)，第一路信息的传输与解调对应于图1中的⑤，第二路信息的传输与解调对应于图1中的④。

将第一发射激光器1a(第一量子级联激光器)的宽带中红外混沌激光C_T1(t)依次经第二分束镜8a、第三分束镜12a和第四聚焦透镜15a传输后注入到第一接收激光器16a中，要求第一接收激光器16a与第一发射激光器1a参数一致，通过调整偏振片控制互注入光强，同时控制接收激光器的偏置电流为I_b1，对应⑤，同理④部分第二发射激光器1b(第二量子级联激光器)注入到第二接收激光器16b，控制第二接收激光器的偏置电流为I_b2。

将携带消息的混沌载波信号C′_T1(t)经第二分束镜8a和第二聚焦透镜9a传输到第一量子阱红外探测器10a。

第一接收激光器16a输出的混沌激光C_R1(t)，经第四聚焦透镜15a、第三分束镜12a和第三聚焦透镜13a传输到第二量子阱红外探测器14a。

当数字信号B(t)为高电平′1′时，发射激光器的偏置电流为I_T(t)＝I_b+I_mB(t)，接收激光器的偏置电流固定为I_R(t)＝I_b，导致发射激光器和接收激光器偏置电流参数不一致，此时发射端与接收端混沌不同步；当数字信号B(t)为低电平′0′时，发射激光器的偏置电流为I_T(t)＝I_b，接收激光器的偏置电流固定为I_R(t)＝I_b，发射激光器和接收激光器偏置电流参数一致，此时发射端与接收端实现混沌同步。在示波器处将携带消息的载波混沌信号C′_T1(t)与第一接收激光器产生的混沌光C_R1(t)做减法，滤波后解调得到加载的消息，得到的解调信息为B′₁(t)＝C_R1(t)-C′_T1(t)，对应⑤，同理④部分得到的解调信息为B′₂(t)＝C_R2(t)-C′_T2(t)。

调制电流I_m1，I_m2应小于偏置电流的5％以实现高质量的信息解调。

第一发射激光器1a与第一接收激光器16a具体采用参数一致的量子级联激光器且其内部无隔离器，第一发射激光器1a输出为C′_T1(t)，第一接收激光器16a输出为C_R1(t)，当数字信号为′0′即发射与接收两端偏置电流一致时，两混沌信号同步性大于0.9，第二路与第一路情况一致。

所述第一发射激光器与第二发射激光器的波长失谐范围在0.12nm～0.22nm，两激光器互耦合输出不同步的混沌激光C_T1(t)，C_T2(t)；所述④，⑤光路对称一致，可以同时实现双路通信。

如图1所示，是一种基于QCL双路高速自由空间混沌键控保密通信的装置，包括第一、二发射激光器1a，1b和第一、二接收激光器16a，16b，还包括第一、二任意波形发生器7a，7b。

第一发射激光器1a发出的光依次经过第一聚焦透镜2a后经过第四分束镜3b分束，其中一束光经过第二偏振片6a传输后到达第二分束镜8a，另一束光经过第五聚焦透镜2b后注入第二发射激光器1b。

同时第二发射激光器1b发出的光经过第五聚焦透镜2b后经过第一分束镜3a分束，其中一部分光经过第二偏振片6b传输后到达第五分束镜8b，另一部分光经过第一聚焦透镜2a后注入第一发射激光器1a；通过调节偏振片角度与温度，产生宽带混沌激光C_T1(t)，C_T2(t)。

第一任意波形发生器7a输出的数字信号调制到第一发射激光器1a的电流上，输出包含信息的载波混沌信号C′_T1(t)，C′_T1(t)依次经过第一光隔离器5a、第二偏振片6a后进入第二分束镜8a，同理第二任意波形发生器7b输出的数字信号调制到第二发射激光器1b的电流上，输出包含信息的载波混沌信号C′_T2(t)，C′_T2(t)依次经过第二光隔离器5b、第三偏振片6b后进入第五分束镜8b。

C′_T1(t)通过第二分束镜8a后，其中一束光通过第二聚焦透镜9a传输至第一量子阱红外探测器10a，另一束光经第四聚焦透镜15a后注入第一接收激光器16a，同理第二发射激光器1b输出含有信息的载波混沌信号进入第二接收激光器16b；第一接收激光器16a的输出信号C_R1(t)经第三分束镜12a后通过第三聚焦透镜13a传输至第二量子阱红外探测器14a，将第一量子阱红外探测器10a带有消息的混沌信号、第二量子阱红外探测器14a的混沌信号同时输入第一示波器11a，所述第一示波器11a将输入的信息做减法实现消息的解调，得到恢复信息B′₁(t)，同理第二接收激光器16b的输出信号最终输入第二示波器11b得到恢复信息B′₂(t)。

第一发射激光器1a和第一接收激光器16a采用参数一致的量子级联激光器且其内部无隔离器；第二发射激光器1b和第二接收激光器16b采用参数一致的量子级联激光器且其内部无隔离器；所述第一发射激光器1a与第二发射激光器1b波长失谐范围在0.12nm～0.22nm，两发射激光器互耦合输出不相关的混沌激光C_T1(t)，C_T2(t)。

关于本发明具体结构需要说明的是，本发明采用的各部件模块相互之间的连接关系是确定的、可实现的，除实施例中特殊说明的以外，其特定的连接关系可以带来相应的技术效果，并基于不依赖相应软件程序执行的前提下，解决本发明提出的技术问题，本发明中出现的部件、模块、具体元器件的型号、连接方式除具体说明的以外，均属于本领域技术人员在申请日前可以获取到的已公开专利、已公开的期刊论文、或公知常识等现有技术，无需赘述，使得本案提供的技术方案是清楚、完整、可实现的，并能根据该技术手段重现或获得相应的实体产品。

Claims (4)

1.基于QCL双路高速自由空间混沌键控保密通信方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤一：使用两个量子级联激光器搭建互耦合结构，调节频率失谐、偏置电流与注入比输出两路不相关的混沌信号

；

第一发射激光器（1a）发出的光依次经第一聚焦透镜（2a）准直，第一分束镜（3a）分光，其中一部分光经过第一偏振片（4）传输后到达第四分束镜（3b），经第四分束镜（3b）分出的光一部分经第五聚焦透镜（2b）后到达第二发射激光器（1b），另一部分经过第一光隔离器（5a）后到达第二偏振片（6a），同时第二发射激光器（1b）发出的光依次经第五聚焦透镜（2b）准直，第四分束镜（3b）分光，其中一部分光经过第一偏振片（4）传输后到达第一分束镜（3a），经第一分束镜（3a）分束的光一部分经第一聚焦透镜（2a）后到达第一发射激光器（1a），另一部分经过第二光隔离器（5b）后到达第三偏振片（6b）；

通过调节第一偏振片（4）的旋转角度和两量子级联激光器的温度，实现两量子级联激光器注入光路的注入光强度和波长失谐的调控，两发射激光器波长失谐范围在0.12nm~0.22nm，结合两发射激光器偏置电流及两激光器距离间隔的设置，最终产生不同步的双路宽带混沌激光

；

步骤二：将上述两激光器作为发射端，通过第一、第二任意波形发生器（7a，7b）分别对应调制第一、第二发射激光器（1a，1b）的偏置电流，将两路数字信号

分别加载到第一路和第二路发射激光器中，此时第一路和第二路发射激光器的偏置电流分别为

，两激光器经调制后输出的载波混沌信号为

；将第一接收激光器（16a）和第二接收激光器（16b）的偏置电流设置为

，通过第一发射激光器（1a）单向注入对应的第一接收激光器（16a），通过第二发射激光器（1b）单向注入对应的第二接收激光器（16b），此时两接收激光器输出的混沌信号为

，第一路发射激光器输出的混沌信号为

，信息通过电流调制加载到混沌信号中，通过电流调制数字信号

输出载波混沌信号

；

步骤三：包含信息的混沌信号

通过自由空间传输至两接收激光器，当数字信号

的

状态发生变化时，发射激光器和接收激光器偏置电流

和

受到影响，使发射激光器和接收激光器之间的同步状态发生改变，解调信息时通过对接收激光器的输入端信号

和输出端信号

做减法来恢复原信息，第一路和第二路信息作差分别为

；

将第一发射激光器（1a）的宽带中红外混沌激光

依次经第二分束镜（8a）、第三分束镜（12a）和第四聚焦透镜（15a）传输后注入到第一接收激光器（16a）中，要求第一接收激光器（16a）与第一发射激光器（1a）参数一致，通过调整偏振片控制互注入光强，同时控制接收激光器的偏置电流为

，第二发射激光器（1b）注入到第二接收激光器（16b），控制第二接收激光器的偏置电流为

；

将携带消息的混沌载波信号

经第二分束镜（8a）和第二聚焦透镜（9a）传输到第一量子阱红外探测器（10a）；

第一接收激光器（16a）输出的混沌激光

，经第四聚焦透镜（15a）、第三分束镜（12a）和第三聚焦透镜（13a）传输到第二量子阱红外探测器（14a）；

当数字信号

为高电平

时，发射激光器的偏置电流为

，接收激光器的偏置电流固定为

，导致发射激光器和接收激光器偏置电流参数不一致，此时发射端与接收端混沌不同步；当数字信号

为低电平

时，发射激光器的偏置电流为

，接收激光器的偏置电流固定为

，发射激光器和接收激光器偏置电流参数一致，此时发射端与接收端实现混沌同步；在示波器处将携带消息的载波混沌信号

与第一接收激光器产生的混沌光

做减法，滤波后解调得到加载的消息，得到的解调信息为

，

；

调制电流

小于偏置电流的5%以实现高质量的信息解调；

第一发射激光器（1a）与第一接收激光器（16a）具体采用参数一致的量子级联激光器且其内部无隔离器，第一发射激光器（1a）输出为

，第一接收激光器（16a）输出为

，当数字信号为

即发射与接收两端偏置电流一致时，两混沌信号同步性大于0.9，第二路与第一路情况一致；

所述第一发射激光器与第二发射激光器的波长失谐范围在0.12nm~0.22nm，两激光器互耦合输出不同步的混沌激光

。

2.一种用于如权利要求1所述方法的基于QCL双路高速自由空间混沌键控保密通信的装置，包括第一、二发射激光器（1a，1b）和第一、二接收激光器（16a，16b），其特征在于：还包括第一、二任意波形发生器（7a，7b）；

第一任意波形发生器（7a）输出的数字信号调制到第一发射激光器（1a）的电流上，输出包含信息的载波混沌信号

，

依次经过第一光隔离器（5a）、第二偏振片（6a）后进入第二分束镜（8a），同理第二任意波形发生器（7b）输出的数字信号调制到第二发射激光器（1b）的电流上，输出包含信息的载波混沌信号

，

依次经过第二光隔离器（5b）、第三偏振片（6b）后进入第五分束镜（8b）；

通过第二分束镜（8a）后，其中一束光通过第二聚焦透镜（9a）传输至第一量子阱红外探测器（10a），另一束光经第四聚焦透镜（15a）后注入第一接收激光器（16a），同理第二发射激光器（1b）输出含有信息的载波混沌信号进入第二接收激光器（16b）；第一接收激光器（16a）的输出信号

经第三分束镜（12a）后通过第三聚焦透镜（13a）传输至第二量子阱红外探测器（14a），将第一量子阱红外探测器（10a）带有消息的混沌信号、第二量子阱红外探测器（14a）的混沌信号同时输入第一示波器（11a），所述第一示波器（11a）将输入的信息做减法实现消息的解调，得到恢复信息

，同理第二接收激光器（16b）的输出信号最终输入第二示波器（11b）得到恢复信息

。

3.根据权利要求2所述的基于QCL双路高速自由空间混沌键控保密通信的装置，其特征在于，第一发射激光器（1a）发出的光依次经过第一聚焦透镜（2a）后经过第四分束镜（3b）分束，其中一束光经过第二偏振片（6a）传输后到达第二分束镜（8a），另一束光经过第五聚焦透镜（2b）后注入第二发射激光器（1b）；

同时第二发射激光器（1b）发出的光经过第五聚焦透镜（2b）后经过第一分束镜（3a）分束，其中一部分光经过第三偏振片（6b）传输后到达第五分束镜（8b），另一部分光经过第一聚焦透镜（2a）后注入第一发射激光器（1a）；通过调节偏振片角度与温度，产生宽带混沌激光

。

4.根据权利要求3所述的基于QCL双路高速自由空间混沌键控保密通信的装置，其特征在于：所述第一发射激光器（1a）和第一接收激光器（16a）采用参数一致的量子级联激光器且其内部无隔离器；第二发射激光器（1b）和第二接收激光器（16b）采用参数一致的量子级联激光器且其内部无隔离器；所述第一发射激光器（1a）与第二发射激光器（1b）波长失谐范围在0.12nm~0.22nm，两发射激光器互耦合输出不相关的混沌激光

。

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