时变多信道互注入激光系统混沌同步与偏振特性的研究

全光激光混沌系统作为实现保密通信的有效方式之一，本课题以半导体激光器和新型VCSEL为雏形，集中在交叉互注入式激光混沌系统特性；时变传输信道非线性效应对混沌波同步品质的影响；激光混沌多信道（WDM）和级联通信系统等科学问题展开的研究。采取理论研究、动态仿真技术以及实验观察和测量并重的研究方法，提出构建交叉互注入式LD和VCSEL激光混沌系统模型和动力学方程；立足于开发Simulink环境下的系统模块和算法，实现多信道激光混沌同步通信的可视化建模和动态仿真研究，获得多种组合系统混沌同步和偏振调控参数的量化分析；完成典型组合系统的实验测试，并确定指标体系，探讨激光混沌在未来保密通信中的应用的可行性。课题所涉及的问题尚处基础研究阶段，它不仅可为我们提供丰富的非线性动力学图像，同时在实用化时变信道和激光锁定技术，激光阵列光同步，以及全光半导体激光混沌通信系统等领域有着重要的应用前景。

全光激光混沌通信作为一种新兴的保密光通信技术，从光通信网络的物理层实现信息的安全传输，与现有通信网络相兼容，为新一代信息技术的网络安全性问题提供了有效的解决方案。本课题以半导体激光器（LD）和垂直腔面发射激光器（VCSEL） 为雏形，集中在交叉互注入式激光混沌系统特性，如混沌不可预测度特性以及时延特征隐蔽性；时变传输信道非线性效应对混沌波同步品质的影响；VCSEL偏振特性对混沌不可预测度以及混沌同步及通信质量的影响；激光混沌多信道（WDM）和级联通信系统等科学问题展开研究。主要研究成果包括：在深入了解互注入系统同步机理的基础上，研究了互注入外腔LD系统、多延时互注入LD系统、外部注入式互注入LD系统的混沌同步特性、双向通信性能以及信息传送安全性；基于外部注入式互注入LD系统优越的同步性能，给出实现多接入及网络式的混沌同步通信系统方案，为研究多信道混沌通信奠定了基础；提出在VCSEL中引入可调偏振光反馈（VPOF）这种新型反馈方式，提供了偏振控制的新方法；引入排列熵作为混沌不可预测度的量化工具，证实VPOF是增强VCSEL混沌不可预测度的有效方案，也可实现时延特征的有效隐藏；基于偏振保持光注入方式，实现了高不可预测度VCSEL混沌信号的同步及通信；通过引入偏振复用技术，实现了单对互注入VCSELs系统中的双信道通信；此外，我们发现在考虑光纤传输情况下，也能实现高速的信息传输;基于光纤光学实验平台，搭建了双链路光注入混沌系统、双主激光器混沌光注入系统、级联混沌光注入系统等典型组合系统的实验原型系统，实验测量了混沌时序及频谱特性，并讨论了混沌带宽、不可预测度以及时延隐蔽性等核心指标特性。本课题的研究成果在实用化时变信道和激光锁定技术，激光阵列光同步，高速随机数以及全光半导体激光混沌通信系统等领域有着重要的应用前景。