基于功率譜分析法光反饋半導(dǎo)體激光器時延信息識別的研究.pdf

1、外腔反饋半導(dǎo)體激光器結(jié)構(gòu)簡單、動態(tài)特性豐富、穩(wěn)定性好，已成為高速真隨機密鑰產(chǎn)生、混沌保密通信、高精度雷達測距以及混沌光時域反射儀等應(yīng)用中最廣泛使用的光源。然而，外腔諧振導(dǎo)致混沌信號具有反饋時延特征、暗含周期性，將降低混沌通信系統(tǒng)的安全性、削弱產(chǎn)生的隨機數(shù)的無序性。因此，混沌半導(dǎo)體激光器時延信息的隱藏已成為混沌應(yīng)用中亟待解決的問題。
　　針對此問題，本文利用功率譜分析法，首先研究了最簡單的鏡面反饋邊發(fā)射半導(dǎo)體激光器(EEL)時延信息

2、能否被抑制。然后，探索了時延信息能被隱藏的濾波反饋方案。主要工作及結(jié)果總結(jié)如下:
　　1)實驗和數(shù)值模擬研究了鏡面光反饋混沌EEL時延信息的提取。利用我們提出的功率譜分析方法，針對已有研究提出的可以抑制或隱藏時延信息的情形，發(fā)現(xiàn)鏡面光反饋混沌半導(dǎo)體激光器時延信息是可以識別的。同時研究發(fā)現(xiàn):時序分析方法自相關(guān)函數(shù)法(ACF)和互信息法(MI)能否識別時延信息取決于時間序列的長度。選取足夠長的時序進行時域分析，ACF和MI也能提取出上

3、述情形的時延信息。此外，功率譜分析法可以識別ACF和MI不能識別的單反饋和雙反饋τ1∶τ2≈1∶2且FPR1＞FPR2的情形。因此，基于功率譜分析方法研究結(jié)果表明，對于固定時延反饋的混沌半導(dǎo)體激光器系統(tǒng)，時延信息是無法被抑制的。
　　2)提出了濾波光反饋混沌邊發(fā)射半導(dǎo)體激光器可以隱藏時延信息。數(shù)值模擬分析了濾波器參數(shù)（濾波器的線寬和頻率失諧量）、反饋外腔參數(shù)（反饋強度和外腔長度）對時延信息識別的影響。模擬結(jié)果表明:在相同反饋強度下

4、，濾波反饋時延信息比鏡面反饋時延信息難于識別。初步的實驗結(jié)果也證實了這一點。
　　3)提出了濾波光反饋垂直腔面激光器(VCSEL)時延信息隱藏方案?；谧孕崔D(zhuǎn)模型(SFM)，擴展建立了濾波光反饋VCSEL的速率方程。數(shù)值模擬結(jié)果表明:在相同的反饋速率下，鏡面反饋VCSEL的時延信息可以容易地提取出來;而濾波反饋VCSEL的時延信息，當(dāng)聯(lián)合選擇合適的濾波器參數(shù)（濾波器的線寬、頻率失諧）時，時延信息是可以被隱藏的。此外，詳細(xì)分析了濾