双光反馈之腔面发射激光仪双信道混沌同步通信

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1、双光反馈之腔面发射激光仪双信道混沌同步通信第一章绪论1.1引言1963年，美国气象学家Edada等对混沌同步的理论研究以及90年代Pecora和Carroll对混沛同步的实验研究使人们对混沌同步开始产生了浓厚的兴趣，从此进入了混沛同步与控制在保密通信中应用的新阶段。二十世纪八十年代后期，世界各国科学家对窄线宽、动态单频半导体激光器进行了大量的研究[7-13]。近几十年间，各国大量学者把更多的精力放在了基于激光器的混沌特性的研究，原因在于激光器在外部扰动下其输出会呈现丰富的动力学态[I4]。随着信息技术的不断发展，长距离、大容量的通信系统不断涌出，而基丁半导体激光器的通信系统在光

2、纤通信、光传感、光盘、激光打印、条形码扫描、集成光学领域扮演着极为重要的作用[15_16]。相对于电路混純系统，激光混沌系统有着高带宽和低衰减的巨大优势，所以非常适合现在高速远程保密通信的要求[17_22]，由此人们把研究的热点投入到了激光混沌系统中。.1.2混沌同步保密通信的研究概述混沛同步是指两个初始条件不同的混沌系统随着时间的向前移动，其运动轨线将趋于一致,最终保持一直不变。1990年来自美国海军实验室的Peocar和Carroll首先提出了驱动-响应同步法来实现混沛同步。随后，K.Pyragas课题组实现了混沛控制以及对非线性的连续控制，他们利用的是连续变量反馈微扰控制

3、的方法。1995年，L.Kocarve和V.Parlitoz提出/主动-被动方法，将之前的系统进行改进，它可以自由选择驱动信号函数，相比于驱动-响应同步法，主动-被动同步法较灵活。在随后的几年里，H.Nijmeijer等人利用变量法，在Lorenz系统的环境下实现了系统的混沌同步。随后，驱动-响应同步方法开始流行，各国研究人员也深入的对此方法进行了研究。G.P.Jing课题组构建了一个单向反馈親合的混沌通信系统，研究中他们发现，同步系统中的稱合系数应该符合一些条件，并最终得到了这一推导结果。H.N.Agiza和M.T.Yassen等分别对特定的混沌系统采用非线性反馈的形式进行了

4、相关研究。混沛同步这一观点的提出为混沛保密通信的研究提供了有力支持，使得保密通信与混沌理论联系起来，相关学者也进行了大量研。K.M.Cuomot和1A.V.Oppenheim等人在1993年提出了新的信息加密方法，他们将混沛隐藏和混沌调制的方法运用到信息的加密中，由此来增加混沌通信的保密性。在此基础上，Dedieu等人提出了混沌数字键控等数字技术，实现了混沌系统的数字通信。近二十年间越来越多的混沌保密通信系统及方案相继被提出。电混沌的局限性使得人们将研究重点放到了激光混沌系统中。相比于电路系统，激光混沌系统具有很多不可代替的优势，例如低衰减，高带宽，对参数高度敏感，动力学行为复

5、杂等等，更重要的是，激光混沌可以结合到光纤传输投入商业使用，在光纤众传输中信号不容易被干扰，可运用到高速长距离通信中，在此基础上，基于半导体激光器的混沌保密通信成为目前乃至将来的研究重点。..第二章垂直腔面发射激光器的基本理论2.1垂直腔面发射激光器的发展概况垂直腔面发射激光器，是一种新型的半导体激光器，具有较低工作阈值、单纵模、较小的发散角、易实现集成等诸多优点，在光通信、图像信号处理等领域具有广阔的应用前景。从VCSEL的诞生到现在，其发展大致经历了以下三个阶段[34_36]:第一阶段为首次提出和论证了相关概念。1977年，日本东京工业大学KenidiiIga教授研究小组首

6、次提出VCSEL的设想，于1979年制造出了首个以GalnAsP-InP材料为有源层的工作波长为1330nm的VCSEL[37]。1987年其采用有机金属化学气相沉积法（MOCVD)，利用GaAs又制造出了阈值为6mA的VCSEL[38]。第二阶段为VCSEL的连续工作(CEMs)的C。P型分布布拉格反射器和n型分布布拉格反射器之间距离为谐振腔的长度L，而谐振腔的方向和芯片表面方向垂直，光束的发散角很小，这种结构有利于器件和光纤的親合。此外，由于谐振腔长度差不多相比于一个波长的长度，那么在材料增益带宽内将使得一个模式得到增益而发射，这将使VCSELs能在单纵模下工作。由此看出V

7、CSELs的结构相对比较复杂。第三章双光反馈下VCSELS系统混沌输出........143.1引言.......143.2系统模型.......153.3理论分析.......153.4结果与讨论.......163.5本章结论.......17第四章基于双光反馈VCSELS的双信道混沌同步通信.......194.1引言.......194.2系统模型.......204.3理论分析.......204.4结果与讨论.......214.4.1混沌同步.......224.4.2信息的加