得益于半導(dǎo)體技術(shù)和信息技術(shù)的高速發(fā)展,光通信的通信容量得到了極大的增長,而且通信的可靠性也有了很高的保障。然而層出不窮的信息泄露事件讓通信的安全隱患暴露出來,保密通信技術(shù)也因此成為了一個研究熱點。在物理層進行加密的混沌激光保密通信以其高安全性和高速率的優(yōu)點受到了研究者們廣泛的關(guān)注;另外,攜帶軌道角動量(OAM:orbital angular momentum)的光渦旋因其獨特的螺旋相位和檢測特性也能夠賦予光通信系統(tǒng)一定的安全性。本論文著眼于光通信系統(tǒng)的安全性,對基于混沌激光和光渦旋的保密通信系統(tǒng)進行了實驗研究。具體內(nèi)容如下:(1)介紹了混沌的基本特性,混沌激光的幾種常見產(chǎn)生方式以及同步理論。然后實驗搭建了基于非線性光電延時反饋的混沌激光產(chǎn)生和同步系統(tǒng),并且在兩種短距離多模光纖(MMF:multimode fiber)中實現(xiàn)了高速保密通信,實驗測試了兩種調(diào)制格式信號傳輸?shù)陌踩浴?2)簡要介紹了光渦旋的一些特性、產(chǎn)生和檢測技術(shù)。搭建自由空間的單路和多路光渦旋產(chǎn)生和檢測系統(tǒng),實驗研究了光場被部分遮擋時對OAM功率譜測量的影響,實驗結(jié)果表明基于光渦旋的自由空間通信系統(tǒng)具有物理層的安全屬性。(3)先對光反饋系統(tǒng)的混沌產(chǎn)生和同步原理進行了介紹和仿真,然后實驗搭建了兩套獨立的混沌激光源,并利用光注入技術(shù)實現(xiàn)了高效的混沌同步,接著與兩個光渦旋模式的空間復(fù)用相結(jié)合,實現(xiàn)了兩路信息的高速保密傳輸,實驗證明該通信系統(tǒng)不僅能提高通信容量,還可以使通信的安全性大幅提升。
【學(xué)位單位】：華中科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類】：TN918
【部分圖文】：

的信息隱藏起來，這樣就形成了密文；即使竊聽者竊取到了信號，在不知道密鑰或者加密手段的前提下是很難從密文中提取出信息的；解密過程就是加密的逆過程，合法的接收方利用共享的密鑰從接收到的密文中提取出信息。1.2.1 數(shù)字加密加密是避免信息被竊取和被非法修改的有效手段。傳統(tǒng)的加密方式是基于公共密鑰的數(shù)字加密體系[3]，一般是在應(yīng)用層對數(shù)字信息施加密鑰來加密，例如 1978 年由 RonRivest、AdiShamir 和 LeonardAdleman 三位學(xué)者提出的 RSA 方案[6]，1991 年提出的 DSA（DSA: digital signature algorithm）算法[7]等等，但是它們不是絕對安全的，山東大學(xué)的王小云教授已經(jīng)于 2005 年將兩個用于生成公共密鑰的 Hash 函數(shù)破解了[8,9]。伴隨計算機相關(guān)技術(shù)的高速發(fā)展，數(shù)字密鑰的安全屏障已不再那么固若金湯。

圖 1-2 量子密鑰分發(fā)系統(tǒng)（a）接收機與（b）發(fā)射機[12]沌保密通信混沌的概念被首次提出以來，研究者們 就注意到了其在保密通信領(lǐng)。混沌現(xiàn)象在各個領(lǐng)域都有出現(xiàn)，例如氣象學(xué)[13]和天文學(xué)[14]等等。簡象是一種源于確定的非線性動力學(xué)系統(tǒng)的隨機行為，它的典型特性是敏感性和長期不可預(yù)知性。混沌信號的時域波形和頻譜都和噪聲信號的不同點在于前者可以通過混沌同步現(xiàn)象來“復(fù)制”。待加密的信息就亂的混沌信號中來進行保密傳輸。與前面提到的數(shù)字加密體系不同，層面的加密手段，安全性在于系統(tǒng)的硬件參數(shù)，若竊聽者無法破解混數(shù)，就無法從截獲到的類似噪聲的信號中提取出有用的信息。受益于技術(shù)和激光器技術(shù)，現(xiàn)如今混沌信號已經(jīng)可以十分方便地由電路系統(tǒng)

圖 1-3 （a）OAM 的環(huán)狀光場分布，（b）螺旋相位波前[21]1.3 混沌保密光通信和光渦旋通信的國內(nèi)外研究進展1.3.1 混沌激光保密通信的國內(nèi)外研究進展在激光器發(fā)展的早期，其中出現(xiàn)的動態(tài)不穩(wěn)定性和不規(guī)則脈沖就引起了大家的注意。十九世紀(jì) 60 年代紅寶石固體激光器出現(xiàn)幅度變化不規(guī)則的脈沖首次被報道22。這個現(xiàn)象在后來被認(rèn)為是混沌激光的首次實驗觀測，但是受限于當(dāng)時的認(rèn)知水平，并沒有得到合理解釋或者被誤認(rèn)為是激光器噪聲。但是在 Lorenz 發(fā)現(xiàn)了“初始狀態(tài)的敏感性”后情況有所改變，這一特性后來被成為“蝴蝶效應(yīng)”[23]并且廣為流傳。其后關(guān)于混沌學(xué)的研究正式興起。而對于混沌激光的研究則開始于上世紀(jì) 80 年代，因為直到那個時候激光器技術(shù)和相應(yīng)的理論研究才逐步完善起來，使得人們對于激光器中的不穩(wěn)定現(xiàn)象有了新的認(rèn)識。激光器的不穩(wěn)定行為在有外部擾動的情況下更加容
【相似文獻】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 王云才;王安幫;;一種新型的抗干擾高精度混沌激光雷達[J];紅外與激光工程;2007年S1期

2 蔡宗慧;陳飛;;混沌激光網(wǎng)絡(luò)通信中的加密技術(shù)研究[J];激光雜志;2017年02期

3 趙清春;王云才;;混沌激光通信的保密性能研究進展[J];激光與光電子學(xué)進展;2010年03期

4 王安幫;王云才;;混沌激光相關(guān)法光時域反射測量技術(shù)[J];中國科學(xué):信息科學(xué);2010年03期

5 陳垚至;;混沌激光通信網(wǎng)絡(luò)波分復(fù)用傳輸系統(tǒng)設(shè)計[J];激光雜志;2018年10期

6 張倩;王亞輝;張明江;張建忠;喬麗君;王濤;趙樂;;毫米級高分辨率的混沌激光分布式光纖測溫技術(shù)[J];物理學(xué)報;2019年10期

7 張秀娟;王冰潔;楊玲珍;王安幫;郭東明;王云才;;平坦寬帶混沌激光的產(chǎn)生及同步[J];物理學(xué)報;2009年05期

8 張麗;秦建敏;侯煜;;基于光纖混沌激光FBG壓力傳感的實驗研究[J];太原理工大學(xué)學(xué)報;2015年03期

9 劉培洋;趙清春;殷洪璽;;兩類混沌激光保密通信方案的性能分析[J];量子電子學(xué)報;2012年04期

10 郭園園;武媛;王云才;;一種提取光反饋混沌激光器時延信息的譜分析方法[J];應(yīng)用光學(xué);2012年03期

相關(guān)博士學(xué)位論文 前6條

1 王龍生;白混沌的產(chǎn)生及其在物理隨機數(shù)產(chǎn)生與雷達探測領(lǐng)域的應(yīng)用[D];太原理工大學(xué);2017年

2 趙清春;光纖信道混沌激光通信關(guān)鍵技術(shù)的研究[D];大連理工大學(xué);2014年

3 張建忠;基于寬帶混沌激光熵源實現(xiàn)高速真隨機數(shù)的產(chǎn)生[D];太原理工大學(xué);2012年

4 王冰潔;混沌激光雷達技術(shù)研究[D];太原理工大學(xué);2012年

5 張明江;光注入半導(dǎo)體激光器的非線性動態(tài)特性及其應(yīng)用研究[D];天津大學(xué);2011年

6 王安幫;寬帶混沌產(chǎn)生與混沌光時域反射測量[D];太原理工大學(xué);2014年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前10條

1 艾建洲;基于混沌激光和光渦旋的保密通信研究[D];華中科技大學(xué);2019年

2 張欣宇;高維混沌激光通信系統(tǒng)的設(shè)計與研究[D];南京大學(xué);2019年

3 楊永強;混沌激光相關(guān)法實現(xiàn)組織體內(nèi)異質(zhì)物測量[D];太原理工大學(xué);2019年

4 于小雨;光子集成混沌激光器驅(qū)動電路的設(shè)計[D];太原理工大學(xué);2019年

5 楊建軍;混沌激光自相關(guān)法實現(xiàn)光纖壓力傳感研究[D];太原理工大學(xué);2018年

6 馮昌坤;基于混沌BOCDA的分布式光纖傳感技術(shù)[D];太原理工大學(xué);2018年

7 趙東亮;基于混沌激光的一位物理隨機數(shù)實時提取技術(shù)研究[D];太原理工大學(xué);2017年

8 陳曉蕾;混沌激光保密光纖通信實驗研究[D];大連理工大學(xué);2014年

9 楊叢淵;混沌激光相關(guān)法光纖斷點定位系統(tǒng)的信噪比改善[D];太原理工大學(xué);2011年

10 張元芳;反饋下氦氖激光器混沌激光產(chǎn)生的理論及實驗研究[D];太原理工大學(xué);2012年

本文編號：2857142