本文關(guān)鍵詞：半導(dǎo)體激光器混沌輸出的時延特征與帶寬特性分析

  更多相關(guān)文章： 外光反饋半導(dǎo)體激光器 混沌保密通信 時延特征隱藏 帶寬增強(qiáng)

【摘要】：半導(dǎo)體激光器(Semiconductor Laser, SL)是常用的光源之一,因附加自由度的引入會呈現(xiàn)出豐富的動態(tài)特性,日益引起國內(nèi)外學(xué)者的廣泛關(guān)注。通過合理地選擇控制參數(shù),SL能夠產(chǎn)生復(fù)雜的混沌信號,從而廣泛應(yīng)用于高速隨機(jī)數(shù)發(fā)生器、保密通信等重要領(lǐng)域。隨著大規(guī)模集成電路的不斷發(fā)展,混沌SL在信息安全和保密通信領(lǐng)域的應(yīng)用正逐步走進(jìn)實用化。但是近年來經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)激光混沌光源因外腔反饋會產(chǎn)生明顯的時延特征,這種特征通過相關(guān)性分析可以輕易獲取,不僅破壞了混沌光通信系統(tǒng)的安全性,還會增加高速隨機(jī)數(shù)發(fā)生器后處理技術(shù)的復(fù)雜度,因此如何消除混沌信號的時延特征具有重要的理論意義和實用價值。本論文基于外光反饋半導(dǎo)體激光器,通過系統(tǒng)分析激光混沌輸出的時延特征及帶寬特性,探究相關(guān)參數(shù)的影響,旨在優(yōu)化混沌輸出,提升混沌系統(tǒng)的應(yīng)用價值。具體研究內(nèi)容及結(jié)果如下：(1)基于外光反饋SL的單光注入結(jié)構(gòu),引入激光器參數(shù)失配,詳細(xì)闡述了通過主從激光器參數(shù)失配來消除混沌信號時延特征的方法。利用自相關(guān)函數(shù)作為量化工具,對混沌信號的時延隱藏效果進(jìn)行量化分析,數(shù)值研究了主從激光器間的參數(shù)失配對混沌信號時延消除的影響,并結(jié)合注入強(qiáng)度與頻率失諧開展了進(jìn)一步綜合研究。研究結(jié)果表明：在相同控制參數(shù)條件下,引入激光器參數(shù)失配對時延隱藏的效果影響顯著；參數(shù)失配率在-0.4-0范圍內(nèi)有助于在從激光器混沌輸出中隱藏主激光器外腔引入的反饋時延；而且,當(dāng)主激光器注入強(qiáng)度在10 ns-1～20ns-1范圍內(nèi),主從激光器頻率失諧控制在-20GHz附近時,時延隱藏效果最佳。因此,由該單光注入系統(tǒng)產(chǎn)生的混沌信號可顯著提高混沌載波的安全性。(2)利用外光反饋SL與半導(dǎo)體環(huán)形激光器(SRL),組成注入型激光器系統(tǒng),該系統(tǒng)包括三個激光器,外光反饋SL作為主激光器(M-SL),其外反饋腔引入反饋時延信息,兩個SRL分別作為中間激光器(I-SRL)與從激光器(S-SRL)。利用數(shù)值方法探究該系統(tǒng)輸出混沌信號的時延特征與帶寬特性,并結(jié)合注入強(qiáng)度與頻率失諧進(jìn)行了詳細(xì)分析,仿真結(jié)果表明,該系統(tǒng)能夠在較大參數(shù)范圍內(nèi)(注入強(qiáng)度與頻率失諧)同時實現(xiàn)時延特征隱藏與帶寬增強(qiáng),其作用機(jī)理為：通過選取合適的控制參數(shù)使M-SL與I-SRL組成的主從結(jié)構(gòu)產(chǎn)生時延特征隱藏的混沌信號,再將該時延隱藏信號注入到S-SRL產(chǎn)生時延隱藏的帶寬增強(qiáng)信號；最后利用歸一化排列熵對混沌信號的不可預(yù)測性進(jìn)行了簡要分析。該激光器結(jié)構(gòu)為混沌保密通信與高速物理隨機(jī)數(shù)發(fā)生器提供了一種新的混沌生成方案。
【關(guān)鍵詞】：外光反饋半導(dǎo)體激光器 混沌保密通信 時延特征隱藏 帶寬增強(qiáng)
【學(xué)位授予單位】：西南交通大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TN248.4
【目錄】：

• 摘要6-7
• Abstract7-11
• 第1章 緒論11-15
• 1.1 課題研究背景及意義11-12
• 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀12-13
• 1.3 論文主要內(nèi)容及目標(biāo)方法13-15
• 1.3.1 論文主要內(nèi)容13-14
• 1.3.2 研究目標(biāo)及方法14-15
• 第二章 外光反饋SL的理論模型與分析方法15-24
• 2.1 外光反饋SL的速率方程及計算方法15-21
• 2.1.1 Lang-Kobayashi速率方程15-18
• 2.1.2 數(shù)值計算方法18-21
• 2.2 外光反饋SL結(jié)構(gòu)的動態(tài)特性21-22
• 2.3 外光注入SL結(jié)構(gòu)的動態(tài)特性22-24
• 第三章 基于混沌光注入實現(xiàn)時延特征隱藏的研究24-36
• 3.1 時延特征分析工具及參數(shù)定義24-26
• 3.2 外光注入SL系統(tǒng)的輸出特性26-27
• 3.3 激光器參數(shù)失配對時延特征隱藏的影響27-34
• 3.3.1 激光器參數(shù)單獨失配27-28
• 3.3.2 激光器參數(shù)綜合失配28-32
• 3.3.3 基于相位時間序列的時延特征分析32-34
• 3.4 本章小結(jié)34-36
• 第四章 基于注入型激光器結(jié)構(gòu)的混沌信號優(yōu)化36-55
• 4.1 激光器系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及速率方程36-39
• 4.2 激光器系統(tǒng)的輸出特性39-42
• 4.3 時延特征與帶寬特性分析42-50
• 4.3.1 I-SRL的輸出特性43-45
• 4.3.2 S-SRL的輸出特性45-50
• 4.4 不可預(yù)測性分析及系統(tǒng)拓展50-54
• 4.5 本章小結(jié)54-55
• 總結(jié)與展望55-57
• 致謝57-58
• 參考文獻(xiàn)58-63
• 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表的論文63

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