本文關鍵詞：半導體激光器混沌輸出的時延特征與帶寬特性分析

  更多相關文章： 外光反饋半導體激光器 混沌保密通信 時延特征隱藏 帶寬增強

【摘要】：半導體激光器(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,日益引起國內外學者的廣泛關注。通過合理地選擇控制參數(shù),SL能夠產生復雜的混沌信號,從而廣泛應用于高速隨機數(shù)發(fā)生器、保密通信等重要領域。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域的應用正逐步走進實用化。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生明顯的時延特征,這種特征通過相關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,還會增加高速隨機數(shù)發(fā)生器后處理技術的復雜度,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,探究相關參數(shù)的影響,旨在優(yōu)化混沌輸出,提升混沌系統(tǒng)的應用價值。具體研究內容及結果如下：(1)基于外光反饋SL的單光注入結構,引入激光器參數(shù)失配,詳細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。利用自相關函數(shù)作為量化工具,對混沌信號的時延隱藏效果進行量化分析,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,并結合注入強度與頻率失諧開展了進一步綜合研究。研究結果表明：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,當主激光器注入強度在10 ns-1～20ns-1范圍內,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,并結合注入強度與頻率失諧進行了詳細分析,仿真結果表明,該系統(tǒng)能夠在較大參數(shù)范圍內(注入強度與頻率失諧)同時實現(xiàn)時延特征隱藏與帶寬增強,其作用機理為：通過選取合適的控制參數(shù)使M-SL與I-SRL組成的主從結構產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產生時延隱藏的帶寬增強信號；最后利用歸一化排列熵對混沌信號的不可預測性進行了簡要分析。該激光器結構為混沌保密通信與高速物理隨機數(shù)發(fā)生器提供了一種新的混沌生成方案。
【關鍵詞】：外光反饋半導體激光器 混沌保密通信 時延特征隱藏 帶寬增強
【學位授予單位】：西南交通大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：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 國內外研究現(xiàn)狀12-13
• 1.3 論文主要內容及目標方法13-15
• 1.3.1 論文主要內容13-14
• 1.3.2 研究目標及方法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結構的動態(tài)特性21-22
• 2.3 外光注入SL結構的動態(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34-36
• 第四章 基于注入型激光器結構的混沌信號優(yōu)化36-55
• 4.1 激光器系統(tǒng)結構及速率方程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 不可預測性分析及系統(tǒng)拓展50-54
• 4.5 本章小結54-55
• 總結與展望55-57
• 致謝57-58
• 參考文獻58-63
• 攻讀碩士學位期間發(fā)表的論文63

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