一种具有时延隐藏特性的激光混沌扩频变换系统技术方案

本发明专利技术公开了一种具有时延隐藏特性的激光混沌扩频变换系统，通过外腔半导体激光器产生的混沌光信号经过由光电相位调制器和高色散介质组成的时间透镜进行扩频变换；具体讲，在时域傅里叶变换进行时频转换的基础上，通过增大色散量来实现了混沌频谱展宽，通过调整驱动信号周期与混沌激光器反馈延时时间的关系，实现了时延标签隐藏，根据混沌信号类噪声特性，经过扩频变换后输出混沌激光信号实现了频谱平坦，且具有大的有效带宽。

A laser chaotic spread spectrum transformation system with time delay concealment

The invention discloses a laser chaotic spread spectrum transform system delay hidden characteristics of the lens of time chaotic optical signal generated by external cavity semiconductor lasers by optical phase modulator and high dispersion medium composed of spread spectrum transform; specifically, in the time when Fu Li Fourier transform based on frequency conversion, by increasing the amount of dispersion to achieve chaotic spectrum broadening, driving signal is periodic and chaotic laser feedback delay time by adjusting the implementation of delay label hiding, chaotic signal according to the noise characteristics, after spreading the converted output of chaotic laser signal to achieve a flat frequency spectrum, and has a large effective bandwidth.

【技术实现步骤摘要】
一种具有时延隐藏特性的激光混沌扩频变换系统
本专利技术属于激光器
，更为具体地讲，涉及一种具有时延隐藏特性的激光混沌扩频变换系统。
技术介绍
近年来，基于外腔激光器产生的混沌激光在保密通信、随机密钥生成等领域的应用已取得重大突破。随着研究的深入，外腔激光器混沌激光信号的缺点开始逐渐显露出来：一方面，混沌激光信号频谱大部分能量集中于激光器弛豫振荡频率附近，导致频谱不平坦且有效带宽受限；另一方面，由于外部反馈腔的谐振特性，外腔激光器混沌激光信号在反馈延时处有明显的自相关性。上述两方面缺陷制约了混沌保密通信的安全性，也限制了产生随机密钥的速率和密钥的随机性。关于混沌激光光信号频谱问题，在文献[S.-L.YAN，“Enhancementofchaoticcarrierbandwidthinasemiconductorlasertransmitterusingself-phasemodulationinanopticalfiberexternalroundcavity”,ChineseScienceBulletin,on11,1007-1012(2010)]中，作者在激光器外腔反馈中加入光纤，利用光纤自相位调制(SPM)效应实现了宽频谱的激光混沌信号输出；在文献[WangAnbang,“Generationofflat-spectrumwidebandchaosbyfiberringresonator”,AppliedPhysicsLetters102(2013)]中，作者通过光纤环形振荡器产生了频谱平坦的带宽激光混沌信号。关于时延隐藏问题，在文献[RontaniD,“Time-delayidentificationinachaoticsemiconductorlaserwithopticalfeedback:adynamicalpointofview”,IEEEJournalofQuantumElectronics,on45,879-1891(2009)]中，作者从动力学角度详细分析了外腔半导体激光器的反馈延时特征，利用激光器弛豫振荡频率掩盖了反馈时延特征。在文献[J.-G.Wu,“Suppressionoftimedelaysignaturesofchaoticoutputinasemiconductorlaserwithdoubleopticalfeedback”,Opt.Express,on17,20124～20133(2009)]中，作者提出了采用双反馈来抑制时延信息，并通过仿真与实验证明了抑制时延的可行性。在现有研究成果基础上，本专利技术提出一种同时具备平坦宽谱特性和时延隐藏特性的激光混沌信号产生方法。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术的不足，提供一种具有时延隐藏特性的激光混沌扩频变换系统，通过外腔半导体激光器产生的混沌光信号经过由光电相位调制器和高色散介质组成的时间透镜进行扩频变换，实现了激光混沌信号的平坦宽谱和时延隐藏。为实现上述专利技术目的，本专利技术一种具有时延隐藏特性的激光混沌扩频变换系统，其特征在于，包括：一混沌外腔激光器，包括半导体激光器MSL和光耦合器OC、反射镜M，用于产生初始混沌激光信号；一驱动端，包括乘法器、射频放大器Amp，以及射频源1和射频源2，用于产生驱动信号，对光电相位调制器PM进行驱动；一时间透镜，包括输入段色散介质、光电相位调制器PM和输出段色散介质，主要用于频谱的展宽及时延标签的隐藏；半导体激光器MSL产生连续激光，并输入至光耦合器OC，光耦合器OC将输入的连续光信号分成两路，一路作为激光输出，一路反馈至半导体激光器MSL，通过半导体激光器MSL输出初始混沌激光信号；混沌外腔激光器产生初始混沌激光信号，经输入段色散介质处理后，再输入至光电相位调制器PM；射频源1和射频源2产生的两个不同频率的余弦电信号，再经过乘法器合为一路调幅信号输入至射频放大器Amp，射频放大器Amp对调幅信号进行放大后作为调制信号，对输入至电光相位调制器PM的混沌光信号进行调制，最后将调制后的信号输入至输出段色散介质，经过输出段色散介质处理后完成扩频变换及时延隐藏。进一步的，本专利技术还提供了一种利用所述激光混沌扩频变换系统产生激光混沌信号的方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)、获取初始混沌激光信号x(t)半导体激光器MSL输出连续激光信号，经光耦合器OC分成两路，一路为输出信号，一路经反射镜M反射回到半导体激光器中形成光反馈，此时，半导体激光器输出初始混沌激光信号x(t)；(2)、将初始混沌信号x(t)经过输入段色散介质当忽略高阶次的色散时，光纤的频域传递函数表达式为：其中，λ0为信号波长，c为真空中的光传播速度，D为色散介质色散系数；i表示虚部；将光纤的频域传递函数变换到时域的表达式为：其中，F-1代表反傅里叶变换，C'是和β2z有关的常系数，z为光纤长度；那么初始混沌信号x(t)经过输入段色散介质后的信号时域包络xin(t)为：xin(t)＝x(t)*hD(t)其中，*表示信号卷积；(3)、利用相位调制器对信号时域包络xin(t)进行处理设光电相位调制器的传递函数为：hPM(t)＝exp(ic1·cos(ω1·t)·cos(ω2·t))其中，c1为调制系数，ω1和ω2表示调幅驱动信号的两个余弦成分各自的角频率；那么，利用相位调制器对信号时域包络xin(t)进行处理后的信号为：xp(t)＝xin(t)·hPM(t)(4)、将信号xp(t)经过输出段色散介质，完成激光混沌信号的扩频变换及时延标签隐藏当信号xp(t)经过输出段色散介质时，将信号xp(t)与输出段色散介质传递函数作卷积得，扩频变换后输出信号xout(t)：xout(t)＝xp(t)*hD(t)。本专利技术的专利技术目的是这样实现的：本专利技术一种具有时延隐藏特性的激光混沌扩频变换系统，通过外腔半导体激光器产生的混沌光信号经过由光电相位调制器和高色散介质组成的时间透镜进行扩频变换；具体讲，在时域傅里叶变换进行时频转换的基础上，通过增大色散量来实现了混沌频谱展宽，通过调整驱动信号周期与混沌激光器反馈延时时间的关系，实现了时延标签隐藏，根据混沌信号类噪声特性，经过扩频变换后输出混沌激光信号实现了频谱平坦，且具有大的有效带宽。同时，本专利技术一种具有时延隐藏特性的激光混沌扩频变换系统还具有以下有益效果：(1)、不改变原有混沌激光器结构，在腔外对混沌激光信号进行改变，实现简单；(2、)超大有效带宽；初始混沌信号经过扩频变换后，频谱有效带宽得到了极大的提高，达到了70GHz以上；(3)、平坦度好；初始混沌信号经过扩频变换后，频谱具有良好的类噪声频谱平坦特性，扩频变换后的频谱平坦度得到了极大的提高；(4)、时延标签隐藏；由于扩频变换带来的扰乱特性，时延标签得到了完全隐藏，混沌信号安全性得到了大大增强。附图说明图1是本专利技术一种具有时延隐藏特性的激光混沌扩频变换系统的原理图；图2是初始混沌激光信号的时域波形图；图3是初始混沌激光信号的频域波形图；图4是扩频变换后混沌激光信号的时域波形图；图5是扩频变换后混沌激光信号的频域波形图；图6是扩频变换后混沌激光信号的时域波形细节图；图7是扩频变换后混沌激光信号的频谱与噪声频谱对比图；图8是相位调制器驱动信号图；图本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种具有时延隐藏特性的激光混沌扩频变换系统，其特征在于，包括：一混沌外腔激光器，包括半导体激光器(MSL)和光耦合器(OC)、反射镜(M)，用于产生初始混沌激光信号；一驱动端，包括乘法器、射频放大器Amp，以及射频源1和射频源2，用于产生驱动信号，对光电相位调制器PM进行驱动；一时间透镜，包括输入段色散介质、光电相位调制器PM和输出段色散介质，主要用于频谱的展宽及时延标签的隐藏；半导体激光器MSL产生连续激光，并输入至光耦合器OC，光耦合器OC将输入的连续光信号分成两路，一路作为激光输出，一路反馈至半导体激光器MSL，通过半导体激光器MSL输出初始混沌激光信号；混沌外腔激光器产生初始混沌激光信号，再将初始混沌激光信号先经过输入段色散介质的处理后，再输入至光电相位调制器PM；射频源1和射频源2产生的两个不同频率的余弦电信号，再经过乘法器合为一路调幅信号输入至射频放大器Amp，射频放大器Am对调幅信号进行放大后作为调制信号，并对输入至电光相位调制器PM的混沌光信号进行调制，最后将调制后的信号输入至输出段色散介质，经过输出段色散介质处理后完成扩频变换。

【技术特征摘要】
1.一种具有时延隐藏特性的激光混沌扩频变换系统，其特征在于，包括：一混沌外腔激光器，包括半导体激光器(MSL)和光耦合器(OC)、反射镜(M)，用于产生初始混沌激光信号；一驱动端，包括乘法器、射频放大器Amp，以及射频源1和射频源2，用于产生驱动信号，对光电相位调制器PM进行驱动；一时间透镜，包括输入段色散介质、光电相位调制器PM和输出段色散介质，主要用于频谱的展宽及时延标签的隐藏；半导体激光器MSL产生连续激光，并输入至光耦合器OC，光耦合器OC将输入的连续光信号分成两路，一路作为激光输出，一路反馈至半导体激光器MSL，通过半导体激光器MSL输出初始混沌激光信号；混沌外腔激光器产生初始混沌激光信号，再将初始混沌激光信号先经过输入段色散介质的处理后，再输入至光电相位调制器PM；射频源1和射频源2产生的两个不同频率的余弦电信号，再经过乘法器合为一路调幅信号输入至射频放大器Amp，射频放大器Am对调幅信号进行放大后作为调制信号，并对输入至电光相位调制器PM的混沌光信号进行调制，最后将调制后的信号输入至输出段色散介质，经过输出段色散介质处理后完成扩频变换。2.根据权利要求1所述的一种具有时延隐藏特性的激光混沌扩频变换系统，其特征在于，所述的输入段色散介质和输出段色散介质的色散值不同，且输出段色散介质的色散量远大于输入段色散介质的色散量。3.根据权利要求1所述的一种具有时延隐藏特性的激光混沌扩频变换系统，其特征在于，所述的光电相位调制器PM位于输入段色散介质和输出段色散介质之间。4.一种利用权利要求1所述的激光混沌扩频变换系统产生激光混沌信号的方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)、获取初始混沌激光信号...

【专利技术属性】
技术研发人员：江宁，王超，李桂兰，林书庆，邱昆，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：四川,51