摘要
混沌光通信因具有硬件加密、传输距离长、传输速率快、与现有光纤网络相兼容等特点得到了广泛关注。光反馈半导体激光器由于结构简单、易于集成等特点常被用作混沌光通信中的收发机。 然而这种结构的混沌收发机存在安全问题，即窃听者可以根据截获混沌信号的时序做自相关处理，根据自相关峰值推测出反馈时延,从而计算出腔长；通过观察频谱能够得到激光器的弛豫振荡频率，从而推断出激光器的偏置电流。因此可作为密钥的参数只有反馈强度，这导致密钥空间不足，窃听者可以重构系统，所以这种结构会降低系统的安全性。目前研究者通过增加离散系统的外腔数量等方法增大密钥空间，同样会带来系统结构复杂度高、稳定性差、难以集成等问题。因此，提出可集成化的系统增加混沌光通信的密钥空间具有重要意义。 针对上述问题，本论文提出利用多区半导体激光器（multi-section semiconductor laser,MSSL）增大混沌光通信系统的密钥空间，将MSSL中五个区（DFB1区、相位1区、DFB2区、相位2区、放大区）的驱动电流作为密钥，增加了密钥参数的个数，增大了系统的密钥空间。主要开展了以下工作： 1.通过仿真软件设计了MSSL，给出了具体的设计参数，分析了混沌激光信号产生的可能性，研究了MSSL中五个区的具体作用和基本原理。分析了MSSL的小信号调制响应曲线，发现MSSL的输出中存在复合腔频率；然后发现随着相位1区腔长的增大，复合腔频率逐渐减小，而相位2区和放大区的腔长对复合腔频率几乎没有影响。通过改变MSSL中五个区的驱动电流，研究了MSSL由准周期进入混沌的路径，并且发现在较大的电流范围内，MSSL能够输出混沌状态。另外通过改变MSSL中相位2区和放大区的驱动电流，产生了标准带宽为51.11GHz的宽带混沌信号。最后通过排列熵方法分析了混沌信号的复杂度。 2.基于MSSL的模型，提出了共同信号驱动MSSL的混沌光通信模型，通过调节注入功率，在背靠背系统中实现了0.9742的高质量混沌同步。然后分析了MSSL的外部、内部参数对系统同步性能的影响，发现系统对MSSL中五个区的电流失配均较为敏感。最后，研究了当信息加载速率为40Gbit/s时，MSSL的五个区的电流可作为密钥，增加了密钥空间的维度，密钥空间可达244，系统的安全性得到提高。
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