基于混沌信号非相干光注入下两半导体激光器间的双向混沌通信

魏月; 樊利; 夏光琼; 陈于淋; 吴正茂

doi:10.7498/aps.61.224203

摘要

提出了基于同时受到一个驱动混沌信号非相干光注入的两个响应半导体激光器之间的混沌同步以实现双向保密通信的系统方案, 并对系统的混沌同步特性以及两个响应激光器之间的内部参数失配对同步特性的影响进行了研究. 研究结果表明: 通过选取合适的系统参量, 可以实现响应激光器与驱动激光器之间同步系数较小而两响应激光器之间达到高质量混沌同步；两响应激光器之间的内部参数失配对它们之间的同步性能虽然有一定的影响, 但影响比较小. 另外, 本文还对两个2 Gbit/s的信息在该系统中双向传输时的隐藏和解调效果以及系统的安全性进行了分析.

关键词:

Abstract

Based on the chaotic synchronization between two response semiconductor lasers (RLs) subjected to incoherent optical injection of common-chaotic-signal from a driven laser (DL), a bidirectional chaos communication scheme is proposed, and the chaotic synchronization characteristics and the effects of intrinsic mismatched parameter on the synchronization performances are numerically investigated. The results show that high-quality chaos synchronization between the two RLs can be achieved while the cross-correlation coefficients between the two RLs and the DL are very low under proper operation condition; the intrinsic parameter mismatching between two RLs will destroy the synchronized quality to a certain extent, but the consequence is not severe. Additionally, the bidirectional transmission performances for two messages with 2Gbit/s and the security of the scheme are also analyzed.

Keywords:

作者及机构信息

1.
西南大学物理科学与技术学院, 重庆 400715

基金项目: 国家自然科学基金(批准号: 60978003, 61078003, 61178011, 61275116)和重庆市自然科学基金重点项目(批准号: CSTC2012jjB40011)资助的课题.

Authors and contacts

1.
School of Physical Science and Technology, Southwest University, Chongqing 400715, China

Funds: Project supported by the National Natural Science Foundation of China (Grant Nos. 60978003, 61078003, 61178011, 61275116), and the Natural Science Foundation of Chongqing City (Grant No. CSTC2012jjB40011).

参考文献

[1]	Pecora L M, Caroll T L 1990 Phys. Rev. Lett. 64 821
[2]	Mork J, Tromborg B, Mark J 1992 IEEE J. Quantum Electron. 28 93
[3]	Simpson T B, Liu J M, Gavrielides A, Kovanis V, Alsing P M 1995 Phys. Rev. A 51 4181
[4]	Lin F Y, Liu J M 2003 IEEE J. Quantum Electron. 39 562
[5]	Liu H, Feng J C 2009 Acta. Phys. Sin. 58 1484 (in Chinese) [刘慧杰冯久超2009 58 1484]
[6]	Yan S L 2010 Acta. Phys. Sin. 59 3810 (in Chinese) [颜森林 2010 59 3810]
[7]	Wu L, Zhu S, Ni Y 2007 Eur. Phys. J. D 41 349
[8]	Meng L N, Zhang M J, Zheng J Y, Zhang Z X, Wang Y C 2011 Acta. Phys. Sin. 60 124212 (in Chinese) [孟丽娜, 张明江, 郑建宇, 张朝霞, 王云才 2011 60 124212]
[9]	Li X F, Pan W, Ma D, Luo B, Zhang W L, Xiong Y 2006 Acta Phys. Sin. 55 5094 (in Chinese) [李孝峰, 潘炜, 马冬, 罗斌, 张伟利熊悦 2006 55 5094]
[10]	Argyris A, Syvridis D, Larger L, Annovazzi-Lodi V, Colet P, Fischer I, Garcia-Ojalvo J, Mirasso C R, Pesquera L, Shore K A 2005 Nature 438 343
[11]	Vicente R, Mirasso C R, Fischer I 2007 Opt. Lett. 32 403
[12]	Cao L P, Xia G Q, Deng T, Lin X D, Wu Z M 2010 Acta Phys. Sin. 59 5541 (in Chinese) [操良平, 夏光琼, 邓涛, 林晓东, 吴正茂 2010 59 5541]
[13]	Deng T, Xia G Q, Cao L P, Chen J G, Lin X D, Wu Z M 2009 Opt. Commun. 11 2243
[14]	Liu Y R, Wu Z M, Wu J G, Li P, Xia G Q 2012 Acta Phys. Sin. 61 024203 (in Chinese) [刘宇然, 吴正茂, 吴加贵, 李萍, 夏光琼 2012 61 024203]
[15]	Annovazzi-Lodi V, Aromataris G, Benedetti M, Merlo S 2010 IEEE J. Quantum Electron. 46 258
[16]	Yamamoto T, Oowada I, Yip H, Uchida A, Yoshimori S, Yoshimura K, Muramatsu J, Goto S, Davis P 2007 Opt. Express 15 3974
[17]	Wu J G, Wu Z M, Xia G Q, Deng T, Lin X D, Tang X, Feng G Y 2011 IEEE Photon. Technol. Lett. 23 1854
[18]	Fan L, Xia G Q, Wu Z M 2009 Acta Phys. Sin. 58 989 (in Chinese) [樊利, 夏光琼, 吴正茂 2009 58 989]
[19]	Rogister F, Locquet A, Pieroux D, Sciamanna M, Deparis O, Mégret P, Blondel M 2001 Opt. Lett. 26 1486
[20]	Lang R, Kobayashi K 1980 IEEE J. Quantum Electron. 16 347
[21]	Sivaprakasam S, Shore K A 1999 Opt. Lett. 24 1200

施引文献

[1]	Pecora L M, Caroll T L 1990 Phys. Rev. Lett. 64 821
[2]	Mork J, Tromborg B, Mark J 1992 IEEE J. Quantum Electron. 28 93
[3]	Simpson T B, Liu J M, Gavrielides A, Kovanis V, Alsing P M 1995 Phys. Rev. A 51 4181
[4]	Lin F Y, Liu J M 2003 IEEE J. Quantum Electron. 39 562
[5]	Liu H, Feng J C 2009 Acta. Phys. Sin. 58 1484 (in Chinese) [刘慧杰冯久超2009 58 1484]
[6]	Yan S L 2010 Acta. Phys. Sin. 59 3810 (in Chinese) [颜森林 2010 59 3810]
[7]	Wu L, Zhu S, Ni Y 2007 Eur. Phys. J. D 41 349
[8]	Meng L N, Zhang M J, Zheng J Y, Zhang Z X, Wang Y C 2011 Acta. Phys. Sin. 60 124212 (in Chinese) [孟丽娜, 张明江, 郑建宇, 张朝霞, 王云才 2011 60 124212]
[9]	Li X F, Pan W, Ma D, Luo B, Zhang W L, Xiong Y 2006 Acta Phys. Sin. 55 5094 (in Chinese) [李孝峰, 潘炜, 马冬, 罗斌, 张伟利熊悦 2006 55 5094]
[10]	Argyris A, Syvridis D, Larger L, Annovazzi-Lodi V, Colet P, Fischer I, Garcia-Ojalvo J, Mirasso C R, Pesquera L, Shore K A 2005 Nature 438 343
[11]	Vicente R, Mirasso C R, Fischer I 2007 Opt. Lett. 32 403
[12]	Cao L P, Xia G Q, Deng T, Lin X D, Wu Z M 2010 Acta Phys. Sin. 59 5541 (in Chinese) [操良平, 夏光琼, 邓涛, 林晓东, 吴正茂 2010 59 5541]
[13]	Deng T, Xia G Q, Cao L P, Chen J G, Lin X D, Wu Z M 2009 Opt. Commun. 11 2243
[14]	Liu Y R, Wu Z M, Wu J G, Li P, Xia G Q 2012 Acta Phys. Sin. 61 024203 (in Chinese) [刘宇然, 吴正茂, 吴加贵, 李萍, 夏光琼 2012 61 024203]
[15]	Annovazzi-Lodi V, Aromataris G, Benedetti M, Merlo S 2010 IEEE J. Quantum Electron. 46 258
[16]	Yamamoto T, Oowada I, Yip H, Uchida A, Yoshimori S, Yoshimura K, Muramatsu J, Goto S, Davis P 2007 Opt. Express 15 3974
[17]	Wu J G, Wu Z M, Xia G Q, Deng T, Lin X D, Tang X, Feng G Y 2011 IEEE Photon. Technol. Lett. 23 1854
[18]	Fan L, Xia G Q, Wu Z M 2009 Acta Phys. Sin. 58 989 (in Chinese) [樊利, 夏光琼, 吴正茂 2009 58 989]
[19]	Rogister F, Locquet A, Pieroux D, Sciamanna M, Deparis O, Mégret P, Blondel M 2001 Opt. Lett. 26 1486
[20]	Lang R, Kobayashi K 1980 IEEE J. Quantum Electron. 16 347
[21]	Sivaprakasam S, Shore K A 1999 Opt. Lett. 24 1200

[1]	戈杉杉, 王腾午, 戈静怡, 周沛, 李念强. 混沌光注入半导体激光器中极端事件的演变. , 2023, 72(16): 164201. doi: 10.7498/aps.72.20230759
[2]	穆鹏华, 潘炜, 李念强, 闫连山, 罗斌, 邹喜华, 徐明峰. 双路激光混沌复用系统的混沌同步及安全性能研究. , 2015, 64(12): 124206. doi: 10.7498/aps.64.124206
[3]	刘莹莹, 潘炜, 江宁, 项水英, 林煜东. 链式互耦合半导体激光器的实时混沌同步. , 2013, 62(2): 024208. doi: 10.7498/aps.62.024208
[4]	谭平安, 杨磊, 张波. 基于微分几何理论的参数失配系统时空同步研究. , 2013, 62(23): 230507. doi: 10.7498/aps.62.230507
[5]	胡汉平, 于志良, 刘凌锋. 光电反馈混沌系统脉冲同步特性研究. , 2012, 61(19): 190504. doi: 10.7498/aps.61.190504
[6]	丁灵, 吴正茂, 吴加贵, 夏光琼. 基于双光反馈半导体激光器的单向开环混沌同步通信. , 2012, 61(1): 014212. doi: 10.7498/aps.61.014212
[7]	丁灵, 吴加贵, 夏光琼, 沈金亭, 李能尧, 吴正茂. 双光反馈半导体激光混沌系统中外腔延时反馈特征的抑制. , 2011, 60(1): 014210. doi: 10.7498/aps.60.014210
[8]	孟丽娜, 张明江, 郑建宇, 张朝霞, 王云才. 外部光注入混沌激光器产生超宽带微波信号的研究. , 2011, 60(12): 124212. doi: 10.7498/aps.60.124212
[9]	何元, 邓涛, 吴正茂, 刘元元, 夏光琼. 非对称电流偏置下互耦半导体激光器的混沌同步特性研究. , 2011, 60(4): 044204. doi: 10.7498/aps.60.044204
[10]	操良平, 夏光琼, 邓涛, 林晓东, 吴正茂. 基于非相干光反馈半导体激光器的双向混沌通信研究. , 2010, 59(8): 5541-5546. doi: 10.7498/aps.59.5541
[11]	赵严峰. 双反馈半导体激光器的混沌特性研究. , 2009, 58(9): 6058-6062. doi: 10.7498/aps.58.6058
[12]	牛生晓, 王云才, 贺虎成, 张明江. 光注入半导体激光器产生可调谐高频微波. , 2009, 58(10): 7241-7245. doi: 10.7498/aps.58.7241
[13]	张秀娟, 王冰洁, 杨玲珍, 王安帮, 郭东明, 王云才. 平坦宽带混沌激光的产生及同步. , 2009, 58(5): 3203-3207. doi: 10.7498/aps.58.3203
[14]	樊利, 夏光琼, 吴正茂. 基于光电反馈的激光混沌并联同步系统研究. , 2009, 58(2): 989-994. doi: 10.7498/aps.58.989
[15]	王建根, 蔡建平, 马米花, 冯久超. 参数失配的受迫振动系统有误差界的同步判据. , 2008, 57(6): 3367-3373. doi: 10.7498/aps.57.3367
[16]	孔令琴, 王安帮, 王海红, 王云才. 光反馈半导体激光器产生低频起伏与高维混沌信号及其演化过程. , 2008, 57(4): 2266-2272. doi: 10.7498/aps.57.2266
[17]	王云才, 张耕玮, 王安帮, 王冰洁, 李艳丽, 郭萍. 光注入提高半导体激光器混沌载波发射机的带宽. , 2007, 56(8): 4372-4377. doi: 10.7498/aps.56.4372
[18]	王云才, 李艳丽, 王安帮, 王冰洁, 张耕玮, 郭萍. 激光混沌通信中半导体激光器接收机对高频信号的滤波特性. , 2007, 56(8): 4686-4693. doi: 10.7498/aps.56.4686
[19]	廖健飞, 夏光琼, 吴加贵, 许黎, 吴正茂. 基于光电负反馈的激光混沌串联同步系统研究. , 2007, 56(11): 6301-6306. doi: 10.7498/aps.56.6301
[20]	王云才. 增益开关半导体激光器在外光注入下脉冲抖动的实验研究. , 2003, 52(9): 2190-2193. doi: 10.7498/aps.52.2190

计量

文章访问数: 9525
PDF下载量: 678
被引次数: 0

姓名
邮箱
手机号码
标题
留言内容
验证码

搜索

留言板