VCSELs系統(tǒng)混沌輸出的相位時(shí)延特征研究.pdf

1、隨著信息技術(shù)的飛速發(fā)展，人們對(duì)信息的高速率、高保密性能有著越來(lái)越高的需求。近年來(lái)，基于半導(dǎo)體激光器的混沌保密通信因其所展現(xiàn)的巨大應(yīng)用前景而成為研究者關(guān)注的焦點(diǎn)之一。通常情況下，半導(dǎo)體激光器在外部擾動(dòng)（如外部延遲反饋）下可獲得復(fù)雜的混沌輸出。然而伴隨著外部延遲機(jī)制的引入，該系統(tǒng)所輸出的混沌信號(hào)也通常具有了明顯的時(shí)延特征。這些明顯的時(shí)延特征給竊密者提供了可利用來(lái)破解重構(gòu)混沌載波的線索，從而使得激光混沌通信的系統(tǒng)安全性受到了威脅。因此，研究半

2、導(dǎo)體激光混沌系統(tǒng)的時(shí)延特征具有重要的意義。目前人們對(duì)半導(dǎo)體激光混沌系統(tǒng)的時(shí)延特征研究大多關(guān)注于光場(chǎng)的強(qiáng)度部分(即強(qiáng)度時(shí)延特征，I-TDS)。其實(shí)半導(dǎo)體激光器輸出的光場(chǎng)包含強(qiáng)度和相位兩部分。近年來(lái)的相關(guān)研究發(fā)現(xiàn)即使外腔反饋半導(dǎo)體激光器的混沌輸出的光場(chǎng)強(qiáng)度時(shí)延特征得到了抑制，而其光場(chǎng)相位中的時(shí)延特征(P-TDS)還是比較明顯的，這仍然給竊密者提供了可能的攻擊線索。針對(duì)P-TDS問(wèn)題，目前相關(guān)的研究主要集中在DFB激光器構(gòu)建的混沌系統(tǒng)。而近年

3、來(lái)發(fā)展迅猛的垂直腔面發(fā)射激光器(VCSELs)，與DFB激光器相比，具有低閾值電流、高光纖耦合率等獨(dú)特優(yōu)勢(shì)。當(dāng)前對(duì)基于VCSELs的混沌系統(tǒng)的P-TDS研究還非常缺乏。因此，研究基于VCSELs的混沌系統(tǒng)的P-TDS問(wèn)題，對(duì)于獲得新型的低時(shí)延特征混沌源以及發(fā)展高安全性能的混沌保密通信系統(tǒng)都具有重要的意義。
　　基于自旋反轉(zhuǎn)模型，本文分別系統(tǒng)地分析了互耦VCSELs系統(tǒng)混沌輸出的P-TDS和主副VCSELs系統(tǒng)混沌輸出的TDS及其帶

4、寬(BW)。首先，對(duì)于互耦VCSELs系統(tǒng)，運(yùn)用自相關(guān)函數(shù)(SF)和排列熵(PE)方法，分析了耦合強(qiáng)度、頻率失諧對(duì)系統(tǒng)混沌輸出P-TDS的影響，并與I-TDS進(jìn)行了比較。研究結(jié)果表明:在較弱的耦合強(qiáng)度作用下，混沌I-TDS很弱而P-TDS卻比較明顯;在合適的耦合強(qiáng)度下，混沌P-TDS和I-TDS可以同時(shí)得到抑制。通過(guò)進(jìn)一步考察頻率失諧對(duì)TDS的影響，確定了互耦VCSELs系統(tǒng)同時(shí)輸出四路P-TDS和I-TDS均得到有效抑制的混沌信號(hào)所需

5、的參數(shù)范圍。其次，針對(duì)主副VCSELs系統(tǒng)，數(shù)值研究了系統(tǒng)輸出的動(dòng)力學(xué)特性;并分析了注入強(qiáng)度、主激光器(M-VCSEL)與副激光器(S-VCSEL)之間的頻率失諧以及M-VCSEL所受到的光反饋強(qiáng)度對(duì)系統(tǒng)混沌輸出TDS(包括I-TDS和P-TDS)以及輸出BW的影響。研究結(jié)果表明:在合適的注入強(qiáng)度和頻率失諧下，該混沌系統(tǒng)輸出的兩個(gè)偏振分量(X-PC和Y-PC)中的P-TDS和I-TDS均可以得到有效抑制。進(jìn)一步的，通過(guò)分析注入強(qiáng)度對(duì)混沌