基于光纤信道1550nm垂直发射激光器之长距离双信道混沌保密通信概述

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1、基于光纤信道1550nm垂直发射激光器之长距离双信道混沌保密通信概述第一章绪论1.1引言混沌现象在自然界中广泛存在，不论是像宇宙天体这样的大物质，还是像分子、原子、离子这样的小微粒都受到混沌理论的制约。混沌的发现和混沌学的创立是对牛顿确定性经典理论的重大突破，是20世纪物理学界永放光芒的三件事之。混沌提出于20世纪60年代初，美国著名气象学家LorenzE教授在用计算机研究气候变化时提出了著名的混沌现象一糊蝶效应。此效应是指在一个动力系统中，初始条件产生极其微小的变化，都能引起整个系统持续而巨大的连锁反应。混沌理论是近30年兴起的新型学科，广泛应用于各个领域，如物理学，

2、化学，生物学，经济学以及社会学等相关领域⑴。20世纪70年代，法国数学家、物理学家庞加莱(HenriPoincare)(科学界公认的第一个发现混沌的学者）在研究太阳、地球、月亮之间的运动规律的过程中发现了复杂而精细的栅栏结构存在于双曲点附近，是如今广泛研究的混沌现象，开启混沌研究的热潮一。混沌系统对初始条件非常敏感，初始条件非常微小的变动，都会导致最终状态的极大差别。比如，给定两个一样的混沌系统，假设其初始条件极其相似，分别经历一段时间以后，两个系统的轨迹都会完全不相干，这就让隐藏在混沌载波当中的信号可以得到很好的隐藏，可以在较长的一段时间以内不可预测混沌系统它同时又是

3、确定的，当系统参数以及初始条件等完全一致的情况下，可以使得混沌信号得以复制和产生由于混沌信号具有易于复制性、高度复杂性、不可预测性以及易于实现等特点，可以将其作为信息传输的载体即混沌载波，用于实现混沌保密通信。实现混沌保密通信很重要的一点是首先必须实现混沌同步[9]。混沌同步是指当信号发射端的系统产生的混沌信号与信号接收端的混沌系统产生的混沌信号完全一致，且与初始条件无关，则称两个系统达到混沌同步。.1.2基于光纤信道的长距离通信概述1966年，光纤之父（英籍华人学者）-高锟（CharlesK.Kao)博士和乔治.霍克汉姆(GeorgeHockham)发表了《Diele

4、ctricfibresurfaceVCSELs的长距离双向........334.1引言........334.2系统结构........344.3理论模型........354.4结果与讨论........364.4.1无光纤信道信息的传输........364.4.2长距离信息传输........384.5本章小结........40第五章结束语........41第四章基于1550nmVCSELs的长距离双向双信道光纤混沌保密通信研究4.1引言在2005年，Argyris等人实现了IGbit/s信息在120km的商用光纤网络中的单向混沌保密传输[15]，很好的验证

5、了基于光纤实现信息的单向、长距离混沌保密传输的可行性。显然仅仅实现信息的单向长距离混沌保密传输是不够的，信息的双向甚至多向的长距离传输是混沌保密通信技术发展的必然趋势。近年来关于双向混沌保密通信的方案相继被学者们提出[22_32],这些方案按系统构架可分为以下两类。第一类：基于两个直接親合的SLs之间的混沌同步实现信息的双向保密传输[22_25]，如Zhang等人[23]从理论上论证了通过两个稱合激光器之间的同步实现了信息的双向传输的可能性；Deng等人[24]利用光电互輔SLs系统论证了实现双向通信的可能性等；第二类：在驱动混沌激光器所产生的混沌光注入下，两个响应激光

6、器达到混沌同步从而实现信息的双向保密传输如：混沌保密传输[29]。就目前的研究而言，基于SLs的双向混沌保密通信大多基于EELs来实现，而基于垂直腔面发射激光器（VCSELs)的双向混沌保密通信的研究还比较缺乏。.结论随着社会的不断发展，信息技术的不断提高，高速率、长距离、高保密性的混沌保密通信系统的研究成为学者们研究的重点。光纤具有频带宽、通信容量大，衰减小，中继距离长，传输距离远，体积小重量轻，抗干扰能力强、无电磁福射、保密性好，适应能力强、便于施工维护，价格便宜等诸多优点。经过40多年发展，基于光纤的通信技术在现代通信网络的建设中占据着主导地位。现代光电子技术发展

7、如此迅速，想要从光纤中窃取信息己经成为可能。此时可以考虑采用软件技术来实现对信息的加密，但这类加密方式的安全性依赖于计算方法的复杂程度，现代计算机技术发展如此迅速，通过软件技术进行加密的安全性受到了越来越严峻的挑战。为了提高信息传输的安全性，研发具有高保密性的信息安全技术已刻不容缓。由于基于垂直腔面发射半导体激光器具有单纵模光输出、低阈值电流、易于与光纤稱合、更小发散角、易于集成以及易于与光纤親合等诸多优点，可以将其产生的混沌信号作为信息传输的载体即混沌载波，用于实现高保密性的混沌保密通信。