基于互耦半导体激光器超前滞后同步转换的研究

摘要

随着光混沌通信技术的发展，双向、多向乃至网络混沌保密通信将成为信息安全传输发展的必然。因此，基于两个半导体激光器延时互耦的双向混沌保密通信逐渐成为一个新的研究热点。在完全对称的互耦半导体激光混沌系统中，由于自发辐射噪声的影响难以获得稳定的混沌同步。虽然通过引入光反馈或者采用极端不对称的互耦可以获得稳定的混沌同步，但这必将增加系统的复杂程度。因此，结构简单、便于控制、能实现稳定混沌同步的互耦系统将更具有实际的应用价值。
　　 本文提出了一种简单的方案，即将两个互耦激光器的电流非对称偏置，实验上实现了稳定的超前或滞后混沌同步，并深入研究了激光器偏置电流对超前或滞后混沌同步的影响。选取两个内部参数一致的半导体激光器搭建了一个互耦系统，通过改变两个激光器的偏置电流研究了该互耦系统的混沌同步性能。研究结果表明：当两个激光器的偏置电流相同时，两个激光器输出的混沌信号的相关系数具有两个近似相等的极大值，说明此时的混沌同步为不稳定同步，两个激光器之间的超前和滞后关系会发生随机的变化；当固定一个激光器的偏置电流而改变另一个激光器的偏置电流时，两个激光器之间将呈现稳定地超前或滞后同步，随着电流的变化，这种稳定地超前或滞后关系将发生转换。在两个激光器输出的混沌信号中，具有较大偏置电流的半导体激光器的混沌输出将超前于另一个激光器的混沌输出。由于较大偏置电流下的激光器具有更长的波长，因此也可认为具有较长波长的激光器占据领先地位。利用相关的理论模型对上述问题进行了数值仿真，仿真结果与实验观测结果吻合。
　　 最后，采用CSK编码方式，理论研究了该互耦系统的保密通信性能。对于250MHz的随机信号，通过CSK方式加载到发射激光器偏置电流中，在传输过程中信号可以得到很好的隐藏同时在接收端能够得到很好的解调。