半導(dǎo)體激光器混沌輸出的時延特征與帶寬特性分析.pdf

1、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

2、，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(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

3、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)合注入強度與頻率失諧開展了進一步綜合研究。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)主激光器注入強度在10ns-1～20ns-1范圍內(nèi)，主從激光器頻率失諧控制在-20GHz附近時，時

4、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)合注入強度與頻率失諧進行了詳細(xì)分析，仿真結(jié)果表明，該系統(tǒng)能