一种自由空间中红外混沌激光保密通信方法及其通信系统

摘要

本发明公开了一种自由空间中红外混沌激光保密通信方法及其通信系统，属于混沌激光保密通信技术领域；所要解决的技术问题为：提供一种自由空间中红外混沌激光保密通信方法的改进；解决上述技术问题采用的技术方案为：包括如下步骤：通过发射激光器产生宽带混沌激光CT(t)；将数字信号m(t)调制到信息加载激光器的电流上，获得中红外光信号m(t)；通过单向注入令接收激光器与发射激光器同步输出，接收激光器输出的混沌激光为CR(t)；将中红外光信号m(t)掩藏在混沌激光CT(t)中，通过大气信道传输至接收端，接收激光器处利用混沌滤波进行信息解调，得到的恢复信息为m’(t)=CT(t)+m(t)‑CR(t)，实现自由空间混沌激光保密通信；本发明应用于保密通信。

说明书

技术领域

本发明一种自由空间中红外混沌激光保密通信方法及其通信系统，属于自由空间中红外混沌激光保密通信技术领域。

背景技术

基于自由空间激光通信的地面战场移动指挥通信需要极高的安全性，而未受保护的信息传输和开放的通信信道，存在信号被窃听而通信未中断的情况，导致信息受到安全威胁。作为保障信息安全的第一重防护，信息传输的安全性尤为重要。

混沌保密是一种有望实现高速信息加密技术，能用于自由空间激光保密传输。目前，制约自由空间混沌光通信发展的瓶颈是缺少适合大气传输的宽带混沌光源。目前，0.7μm和1.5μm这类波段的混沌激光在自由空间传输时受天气影响较大，信息解调质量有限。而处于大气传输窗口3-5μm波段的中红外激光具有良好的大气传输特性，具有低于其他波段的传输损耗，不易受到天气因素的影响。

因此，提出了利用带间级联激光器产生中红外宽带混沌激光作为自由空间混沌激光保密通信的光源，受大气传输损耗和天气的影响小，能够保证通信质量。

发明内容

本发明为了克服现有技术中存在的不足，所要解决的技术问题为：提供一种自由空间中红外混沌激光保密通信方法的改进。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：一种自由空间中红外混沌激光保密通信方法，包括如下步骤：

步骤一：通过发射激光器产生宽带混沌激光C

步骤二：将数字信号m(t)调制到信息加载激光器的电流上，获得中红外光信号m(t)；

步骤三：通过单向注入令接收激光器与发射激光器同步输出，接收激光器输出的混沌激光为 C

步骤四：将中红外光信号m(t)掩藏在混沌激光C

所述步骤一中通过发射激光器产生宽带混沌激光C

采用带间级联激光器作为发射激光器，发射激光器发出的光经第一聚焦透镜准直后，经第一分束镜分光后，经过第一偏振片传输后由镀膜金镜反射后原路返回发射激光器中；

通过调节第一偏振片的方向和镀膜金镜的位置，分别调控带间级联激光器反馈支路的反馈光强度和反馈光时延，结合激光器偏置电流的设置，最终产生宽带混沌激光C

所述步骤二具体为：

将任意波形发生器输出的数字信号直接调制到信息加载激光器的电流上，将输出的中红外光信号 m(t)作为信息，通过第二聚焦透镜和第三分束镜传输后，光路重叠掩藏到混沌激光 C

所述步骤三具体为：

将发射激光器产生的宽带中红外混沌激光经光隔离器、第二分束镜、第二偏振片、第三分束镜、第四分束镜、第五分束镜和第四聚焦透镜传输后注入到接收激光器中，通过控制注入光强度，同时控制发射激光器与接收激光器的偏置电流相同，实现接收激光器与发射激光器同步输出混沌激光C

所述步骤四具体为：

将携带了信息的混沌载波 C

接收激光器输出的混沌激光，经第四聚焦透镜、第五分束镜和第五聚焦透镜传输到第二量子阱红外探测器；

在示波器处通过混沌滤波的方式对信息进行解调，得到的恢复信息为 m’(t)= C

所述中红外光信号 m(t)的幅度小于混沌光载波 C

所述发射激光器和接收激光器具体采用参数一致的带间级联激光器且其内部无隔离器；

所述信息加载激光器具体采用带间级联激光器其且内置光隔离器。

一种自由空间中红外混沌激光保密通信系统，包括发射激光器和接收激光器，还包括任意波形发生器，所述发射激光器发出的光经过第一聚焦透镜后经过第一分束镜分束，其中一部分光经过第一偏振片传输后由镀膜金镜反射后原路返回发射激光器中，通过调节第一偏振片的方向和镀膜金镜的位置，产生宽带混沌激光C

所述任意波形发生器输出的信号调制到信息加载激光器的电流上，将输出的中红外光信号通过第二聚焦透镜、第三分束镜传输后，与第二偏振片输出的混沌激光光路重叠掩藏后依次经过第四分束镜、第五分束镜、第四聚焦透镜后进入接收激光器；

将携带了信息的混沌载波经第四分束镜、第三聚焦透镜传输至第一量子阱红外探测器，所述接收激光器输出的混沌激光经过第四聚焦透镜、第五分束镜、第五聚焦透镜后传输至第二量子阱红外探测器，第一量子阱红外探测器、第二量子阱红外探测器将混沌激光输入示波器，所述示波器将输入的信息找到对应时间后作差相减实现解调，得到恢复信息。

所述第一分束镜还分出一部分光进入功率计用来测量发射激光器输出混沌激光的功率。

所述发射激光器和接收激光器具体采用参数一致的带间级联激光器且其内部无隔离器；

所述信息加载激光器具体采用带间级联激光器其且内置光隔离器。

本发明相对于现有技术具备的有益效果为：本发明提供的自由空间中红外混沌激光保密通信系统与现有技术相比，采用中红外激光受大气传输损耗和天气的影响小，解调信息质量较高；采用混沌光保密通信将信息掩藏到类噪声的宽带混沌光上，结合混沌同步的滤波特性实现信息解调，该通信方式兼具硬件加密的安全性和高速率信息承载的优势。

附图说明

下面结合附图对本发明做进一步说明：

图1为本发明的结构示意图；

图中：1为发射激光器、2为第一聚焦透镜、3为第一分束镜、4为第一偏振片、5为镀膜金镜、6为功率计、7为光隔离器、8为第二分束镜、9为第二偏振片、10为信息加载激光器、11为任意波形发生器、12为第二聚焦透镜、13为第三分束镜、14为第四分束镜、15为第三聚焦透镜、16为第一量子阱红外探测器、17为示波器、18为第五分束镜、19为第四聚焦透镜、20为接收激光器、21为第五聚焦透镜、22为第二量子阱红外探测器。

具体实施方式

如图1所示，本发明一种自由空间中红外混沌激光保密通信方法，包括如下步骤：

步骤一：通过发射激光器产生宽带混沌激光C

步骤二：将数字信号m(t)调制到信息加载激光器的电流上，获得中红外光信号m(t)；

步骤三：通过单向注入令接收激光器与发射激光器同步输出，接收激光器输出的混沌激光为 C

步骤四：将中红外光信号m(t)掩藏在混沌激光C

所述步骤一中通过发射激光器产生宽带混沌激光C

采用带间级联激光器作为发射激光器，发射激光器发出的光经第一聚焦透镜准直后，经第一分束镜分光后，经过第一偏振片传输后由镀膜金镜反射后原路返回发射激光器中；

通过调节第一偏振片的方向和镀膜金镜的位置，分别调控带间级联激光器反馈支路的反馈光强度和反馈光时延，结合激光器偏置电流的设置，最终产生宽带混沌激光C

所述步骤二具体为：

将任意波形发生器输出的数字信号直接调制到信息加载激光器的电流上，将输出的中红外光信号 m(t)作为信息，通过第二聚焦透镜和第三分束镜传输后，光路重叠掩藏到混沌激光 C

所述步骤三具体为：

将发射激光器产生的宽带中红外混沌激光经光隔离器、第二分束镜、第二偏振片、第三分束镜、第四分束镜、第五分束镜和第四聚焦透镜传输后注入到接收激光器中，通过控制注入光强度，同时控制发射激光器与接收激光器的偏置电流相同，实现接收激光器与发射激光器同步输出混沌激光C

所述步骤四具体为：

将携带了信息的混沌载波 C

接收激光器输出的混沌激光，经第四聚焦透镜、第五分束镜和第五聚焦透镜传输到第二量子阱红外探测器；

在示波器处通过混沌滤波的方式对信息进行解调，得到的恢复信息为 m’(t)= C

所述中红外光信号 m(t)的幅度小于混沌光载波 C

所述发射激光器和接收激光器具体采用参数一致的带间级联激光器且其内部无隔离器；

所述信息加载激光器具体采用带间级联激光器其且内置光隔离器。

一种自由空间中红外混沌激光保密通信系统，包括发射激光器1和接收激光器20，还包括任意波形发生器11，所述发射激光器1发出的光经过第一聚焦透镜2后经过第一分束镜3分束，其中一部分光经过第一偏振片4传输后由镀膜金镜5反射后原路返回发射激光器1中，通过调节第一偏振片的方向和镀膜金镜的位置，产生宽带混沌激光C

所述任意波形发生器11输出的信号调制到信息加载激光器10的电流上，将输出的中红外光信号通过第二聚焦透镜12、第三分束镜13传输后，与第二偏振片9输出的混沌激光光路重叠掩藏后依次经过第四分束镜14、第五分束镜18、第四聚焦透镜19后进入接收激光器20；

将携带了信息的混沌载波经第四分束镜14、第三聚焦透镜15传输至第一量子阱红外探测器16，所述接收激光器20输出的混沌激光经过第四聚焦透镜19、第五分束镜18、第五聚焦透镜21后传输至第二量子阱红外探测器22，第一量子阱红外探测器16、第二量子阱红外探测器22将混沌激光输入示波器17，所述示波器17将输入的信息找到对应时间后作差相减实现解调，得到恢复信息。

所述第一分束镜3还分出一部分光进入功率计6用来测量发射激光器1输出混沌激光的功率。

所述发射激光器1和接收激光器20具体采用参数一致的带间级联激光器且其内部无隔离器；

所述信息加载激光器10具体采用带间级联激光器其且内置光隔离器。

本发明提供的自由空间中红外混沌激光保密通信方法，包括如下步骤：在发射端搭建光反馈带间级联激光器产生宽带混沌激光C

发射激光器1和接收激光器20选择参数一致的去除隔离器的带间级联激光器。信息加载激光器10采用内置隔离器的带间级联激光器。数字信号由任意波形发生器（AWG）输出。

本发明的自由空间中红外混沌激光保密通信系统，包括：

在发射端搭建光反馈带间级联激光器用来产生宽带混沌激光；带间级联激光器发出的光经第一聚焦透镜2准直后，经第一分束镜3分光后，经过第一偏振片4 传输后由镀膜金镜5反射后原路返回带间级联激光器中；通过调节第一偏振片4方向和镀膜金镜5位置，分别调控带间级联激光器反馈支路的反馈光强度和反馈光时延，结合激光器偏置电流的设置，最终实现宽带混沌激光C

将发射激光器1产生宽带中红外混沌激光经光隔离器7、第二分束镜8、第二偏振片9、第三分束镜13、第四分束镜14、第五分束镜18和第四聚焦透镜19传输后注入到接收激光器20中，逐渐增大注入光强度，同时保证收发激光器的偏置电流相同，实现接收激光器20与发射激光器1同步输出混沌激光；其中逐渐增大注入光的强度通过调节第一偏振片4的角度进行光强度的控制，发射激光器1和接收激光器20选择参数一致的带间级联激光器且其内部无隔离器。

选用混沌掩模的方式进行信息加载，将任意波形发生器11输出的数字信号直接调制到信息加载激光器10的电流上，将输出的中红外光信号 m(t)作为信息，通过第二聚焦透镜12和第三分束镜13传输后，光路重叠掩藏到混沌光载波 C

将上述携带了信息的混沌载波 C

本发明为了有效掩藏和解调，需控制电流调制深度，保证中红外光信号 m(t)幅度小于混沌光载波 C

本发明提出利用带间级联激光器作为自由空间保密通信的混沌光源搭建适用于空间光保密通信的通信系统，利用带间级联激光器产生中红外宽带混沌激光作为自由空间混沌激光保密通信的光源，受大气传输损耗和天气的影响小，能够保证通信质量。

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。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各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，或者对其中部分或者全部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范围。