激光混沌交叉发射与交替并行接收在保密通信中应用的基本理论与技术

颜森林

doi:doi:10.3788/CJL202047.0906001

中国激光, 2020, 47 (9): 0906001, 网络出版: 2020-09-16

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Theory and Technique of Cross Transmittance and Alternate Parallel Reception of Laser Chaos in Secure Communication

论文大纲

颜森林 ^*

作者单位

南京晓庄学院电子工程学院, 江苏南京 211171

光通信混沌激光技术同步编码 optical communications chaos laser technology synchronization coding

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摘要

研究了一种新型激光混沌编码系统。该系统将两个空间耦合激光器与另外两个激光器同步,实现了混沌保密通信中的交叉发射和交替并行接收(CEAPR)应用。理论上给出了两个CEAPR的混沌编码和解码方程;定义了激光混沌CEAPR的编码解码数学物理原则;实现了两个CEAPR技术方案的应用。系统显著特点是发射混沌编码载波的激光器和接收机激光器具有不同参数(完全不同于传统混沌通信收发同参数密钥系统),且发射源具有多个变量,可实现信息的安全交叉与交替传送,应用灵活,给入侵者从载波上破译通信内容增加了一定的难度。

Abstract

A novel laser chaotic coding system was studied herein. The proposed system realized the application of cross emission and alternate parallel reception (CEAPR) in chaotic secure communications using two space-coupled lasers synchronizing with two other lasers. We theoretically determined two chaotic coding and decoding equations of the CEAPR. In addition, the mathematical physical principle of CEAPR coding and decoding of chaotic laser was defined and described. Two practical applications of the CEAPR technology were developed herein. The proposed system characterizes different parameters between the emitter laser emitting chaotic coding carrier and the receiver laser, which is different from the traditional chaotic communication system that has the same parameter secret-keys for the emitter and receiver. The emitters have multiple-parameters and multiple-variables, can implement alternating transmission of information security, and has a flexible application. It makes it difficult for invaders to decipher the communication contents from the carrier.

1 引言

光网络通信及编码技术在过去几十年里得到了飞速的发展,但其信息安全传输须倍加关注。其中激光混沌加密技术与理论是光通信信息安全领域里近20年来的热点研究课题,应用成果卓有成效^[1-14]。然而,由于单个混沌激光器本质上具有弱的非线性和少的变量,其通信系统安全性较低。而且传统上混沌通信收发同参数密钥约定经多次应用后,容易被外界破译。而高度耦合非线性和多变量多参量混沌光学发射源可以保证通信系统的高度安全性^[15-20]。已有文献研究表明:将光相位的变化转化为光电强度的变化、引入光栅的物理量增加安全密钥、使用双环增加安全密钥、使用一点到多点通信等均可以提高通信系统应用的灵活性^[21-24]。本文利用两个空间耦合的不同半导体激光器与另外两个不同的激光器同步,着重讨论多变量多参量混沌同步系统在保密通信中的应用,给出两组混沌激光交叉发射和交替并行接收(CEAPR)的技术方案并成功实施。由于发射器是由两个不同的激光器耦合而成,两个激光器的体积、模态体积、腔内光往返时间、载流子数、载流子损耗率与模态增益等多个物理参量存在差异,同时两个激光场强度与相位等多个参变量存在高度非线性耦合。同时系统还有一个显著特点完全不同于传统混沌通信收发同参数密钥系统,即发射混沌编码载波的激光器和接收激光器具有不同的参量参数。目前激光混沌通信主要有混沌调制、混沌隐藏、混沌键控等单一编码解码方法,而CEAPR系统不仅实现了“混沌隐藏”与“混沌键控”的组合编码解码方法的实践应用,还实现了信息的交叉发送与交替接收,这些都极大地增加了入侵者破译该混沌编码通信系统密钥的难度。与单个混沌激光器相比,CEAPR混沌通信系统的发射源具有高度非线性和多变量多参数的特性,系统的安全性、灵活性明显提高。所以,CEAPR混沌激光通信技术与理论在光学保密通信中应用具有重要的参考价值。

2 系统结构与基本理论

CEAPR混沌通信系统结构包括混沌发射器和接收端,其中混沌发射器是由两个不同的半导体激光器耦合而成,而接收端是由与相应的发射器同结构的两个独立的激光器组成。图1描述了系统的组织结构特点:图1上面的两个耦合激光器作为两个不同的混沌发射机,其混沌产生于两个激光器空间耦合电场的非线性相互作用;图1下面的两个激光器,作为两个不同的激光混沌接收机;图1中呈现的四条光路能够确保将发射机交替分送的两路混沌信号交叉并行地传输到两个接收端。具体解释如下:1)光E_t1传输到激光器r2中以激发后者产生混沌;2)光E_t2传输到激光器r2中(且有一个光反馈路径)导致激光器t2与r2同步;3)光E_t2发射到激光器r2中产生混沌;4)光E_t1发射到激光器r1中,通过光反馈路径导致激光器t1与r1同步。载波E_t1或E_t2可交替地用于隐藏信息信号,并可交叉传输到激光器r2或激光器r1中,故可实现激光混沌CEAPR保密通信。由此,激光混沌CEALPR的基本理论可描述为^[20-26]

\begin{matrix} \frac{d E_{t 1}}{dt} = \frac{1}{2} (G_{t 1} - γ_{p}) E_{t 1} + \frac{k}{τ_{L, t 1}} E_{t 2} \cos (φ_{t 2} - φ_{t 1}), (1) \end{matrix}

表 1. 激光器参量

Table 1. Laser parameters

Parameter	Value	Parameter	Value
Cavity length L /μm	350	Optical field amplitude at saturation E_s /(10¹¹ m^-3/2)	1.6619
Volume of laser cavity V /μm³	105	Gain constant a /(10^-16 cm²)	2.3
Mode coefficient	0.29	Optical linewidth enhancement factor β_c	6
Group velocity index n_g	3.8	Frequency detuning Δω /GHz	1
Photon loss (α_m+α_int) /cm^-1	49	Carrier density n_th /(10¹⁸ cm^-3)	1.2
Nonradiative recombination rate A_nr /(10⁸ s^-1)	1.0	Coupling coefficient k	0.1
Radiative recombination coefficient B /(10^-10 cm³·s^-1)	1.2	Injecting and feedback factor k_r	0.15
Auger recombination coefficient C /(10^-29 cm⁶·s^-1)	3.5	Current I₁,I₂ /mA	30,40

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\frac{d φ_{t 1}}{dt} = \frac{1}{2} β_{c} (G_{t 1} - γ_{p}) + \frac{k}{τ_{L, t 1}} \frac{E_{t 2}}{E_{t 1}} \sin (φ_{t 2} - φ_{t 1}) - Δω, (2)

\frac{d N_{t 1}}{dt} = \frac{I_{t 1}}{q} - γ_{e, t 1} N_{t 1} - G_{t 1} V_{p, t 1} E_{t 1}^{2}, (3)

\frac{d E_{t 2}}{dt} = \frac{1}{2} (G_{t 2} - γ_{p}) E_{t 2} + \frac{k}{τ_{L, t 2}} E_{t 1} \cos (φ_{t 1} - φ_{t 2}), (4)

\frac{d φ_{t 2}}{dt} = \frac{1}{2} β_{c} (G_{t 2} - γ_{p}) + \frac{k}{τ_{L, t 2}} \frac{E_{t 1}}{E_{t 2}} \sin (φ_{t 1} - φ_{t 2}) + Δω, (5)

\frac{d N_{t 2}}{dt} = \frac{I_{t 2}}{q} - γ_{e, t 2} N_{t 2} - G_{t 2} V_{p, t 2} E_{t 2}^{2}, (6)

\frac{d E_{r 1}}{dt} = \frac{1}{2} (G_{r 1} - γ_{p}) E_{r 1} + \frac{k}{τ_{L, r 1}} (E_{t 2} + β \times S) \cos (φ_{t 2} - φ_{r 1}) + \frac{k_{r 1}}{τ_{L, r 1}} [E_{t 1} \cos (φ_{t 1} - φ_{r 1}) - E_{r 1}], (7)

\frac{d φ_{r 1}}{dt} = \frac{1}{2} β_{c} (G_{r 1} - γ_{p}) + \frac{k}{τ_{L, r 1}} \frac{E_{t 2} + β \times S}{E_{r 1}} \sin (φ_{t 2} - φ_{r 1}) + \frac{k_{r 1}}{τ_{L, r 1}} \frac{E_{t 1}}{E_{r 1}} \sin (φ_{t 1} - φ_{r 1}) - Δω, (8)

\frac{d N_{r 1}}{dt} = \frac{I_{r 1}}{q} - γ_{e, r 1} N_{r 1} - G_{r 1} V_{p, r 1} E_{r 1}^{2}, (9)

\frac{d E_{r 2}}{dt} = \frac{1}{2} (G_{r 2} - γ_{p}) E_{r 2} + \frac{k}{τ_{L, r 2}} (E_{t 1} + α \times S) \cos (φ_{t 1} - φ_{r 2}) + \frac{k}{τ_{L, r 2}} [E_{t 2} \cos (φ_{t 2} - φ_{r 2}) - E_{r 2}], (10)

\frac{d φ_{r 2}}{dt} = \frac{1}{2} β_{c} (G_{r 2} - γ_{p}) + \frac{k}{τ_{L, r 2}} \frac{E_{t 1} + α \times S}{E_{r 2}} \sin (φ_{t 1} - φ_{r 2}) + \frac{k_{r 2}}{τ_{L, r 2}} \frac{E_{t 2}}{E_{r 2}} \sin (φ_{t 2} - φ_{r 2}) + Δω, (11)

\frac{d N_{r 2}}{dt} = \frac{I_{r 2}}{q} - γ_{e, r 2} N_{r 2} - G_{r 2} V_{p, r 2} E_{r 2}^{2}, (12)

式中:变量E、φ和N代表激光的振幅、相位及载流子数;下标“t1”、“t2”、“r1”、“r2”分别表示激光器t1、t2、r1、r2;变量S代表信息信号,而参量α和β被定义为信息交替传输与控制因子(IATCFs);G代表模式增益,G=(Γv_ga/V)(N-N_th)/ $\begin{matrix} \sqrt[]{1 + E^{2} / E_{s}^{2}} \end{matrix}$ ,且有Γ=V/V_p,V为激光腔体积,V_p为模态体积,v_g是激光腔内光子的群速度,a为模态增益常数,E_s为饱和光场振幅,N_th为激光透明时的载流子数,N_th=n_thV,n_th为载流密度; γ_p为光子损耗速率,γ_p=v_g(α_m+α_int),α_m为腔面光子损耗,α_int为内部光子损耗;γ_e为载流子非线性损耗速率,γ_e=A_nr+B(N/V)+C(N/V)²,A_nr为非辐射的复合率,B为辐射复合系数,C为Auger复合系数;τ_L=2n_gL/c是光在激光器腔长L内来回的时间,c是真空中的光速,群速折射率是n_g=c/v_g;q是单位电荷;I表示电流;k为耦合系数,k_r为注入与反馈因子;Δω为调谐频率;β_c为线宽增强因子。在通信过程中,S的数值可取值0(表示字节“0”)或者非零值(表示字节“1”),通过控制S取值可实现混沌编码的交叉发射与交替并行接收解码。激光器部分参量如表1所示。两激光器腔长设置为L_t1,r1=2L_t2,r2=2L。由此引起两个激光器的体积、模态体积、腔内光往返时间、载流子数、载流子损耗率和模态增益等物理量的差异。这意味着发射器增加了多个物理参量作为密钥,故而增加了入侵者从载波上破译信息内容的难度。

图 1. 交替编码模块的示意图

Fig. 1. Schematic diagram of alternate coding blocks

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2.1 编码与解码方程

2.1.1 关于激光器t1、 t2和 r2的子系统的编码与解码方程

设置α=1和β=0。在混沌保密通信中,原则上要求信息信号远小于混沌载波。因此,可以用小信号分析法来分析讨论编码与解码方程。取

\begin{matrix} E_{i} (t) = E_{i 0} + δ E_{i} (t), \end{matrix}

φ_{i} (t) = φ_{i 0} + δ φ_{i} (t),

N_{i} (t) = N_{i 0} + δ N_{i} (t),

G_{i} (N_{i 0} + δ N_{i}, E_{i 0} + δ E_{i}) \approx G_{i 0} + G_{i N_{i}} δ N_{i} + G_{i E_{i}} δ E_{i},

γ_{e, iN} (N_{i 0} + δ N_{i}) \approx γ_{e, i 0} + γ_{e, i N_{i}} δ N_{i},

其中,下标“i”表示激光器t1、t2、r1、r2。参量E_i₀、φ_i₀、N_i₀、G_i₀和γ_e,_i₀代表各激光器对应的稳定点。进一步取

\begin{matrix} G_{i N_{i}} = {\frac{\partial G_{i}}{\partial N_{i}}|}_{\overset{N_{i} = N_{i 0}}{\underset{E_{i} = E_{i 0}}{}}}, G_{i E_{i}} = {\frac{\partial G_{i}}{\partial E_{i}}|}_{\overset{N_{i} = N_{i 0}}{\underset{E_{i} = E_{i 0}}{}}}, γ_{e, i N_{i}} = {\frac{\partial γ_{e, i}}{\partial N_{i}}|}_{N_{i} = N_{i 0}} 。 \end{matrix}

根据复杂动力学系统同步原则,在激光器r1和激光器t1之间或激光器r2和激光器t2之间设相同的参数。由此可知激光器r1和t1或者激光r2和t2之间具有相同的稳定点。此时可得第一个编码解码方程:

\begin{matrix} \frac{d}{dt} [\begin{matrix} δ (E_{t 2} - E_{r 2}) \\ δ (φ_{t 2} - φ_{r 2}) \\ δ (N_{t 2} - N_{r 2}) \end{matrix}] = (\begin{matrix} b_{11} & b_{12} & b_{13} \\ b_{21} & b_{22} & b_{23} \\ b_{31} & b_{32} & b_{33} \end{matrix}) + \frac{k}{τ_{L, r 2}} \times [\begin{matrix} \cos (φ_{t 1} - φ_{r 2}) \\ \sin (φ_{t 1} - φ_{r 2}) \\ 0 \end{matrix}] S (t), (13) \end{matrix}

其中

\begin{matrix} \begin{matrix} b_{11} = \frac{1}{2} (G_{t 20} - γ_{p} + E_{t 20} G_{t 2 E_{t 2}}) - \frac{k_{r}}{τ_{L.r 2}}, b_{12} = \frac{k}{τ_{L, t 2}} E_{t 10} \sin (φ_{t 10} - φ_{t 10}), b_{13} = \frac{1}{2} E_{t 20} G_{t 2 N_{t 2}}; \\ b_{21} = \frac{1}{2} β_{c} G_{t 2 E_{t 2}} - \frac{k}{τ_{L, t 1}} \frac{E_{t 10}}{{E^{2}}_{t 20}} \sin (φ_{t 10} - φ_{t 20}), b_{22} = - \frac{k}{τ_{L, t 2}} \frac{E_{t 10}}{E_{t 20}} \cos (φ_{t 10} - φ_{t 20}) - \frac{k_{r}}{τ_{L, r 2}}, b_{23} = \frac{1}{2} β_{c} G_{t 2 N_{t 2}}; \\ b_{31} = - 2 G_{t 20} E_{t 20} V_{p, t 2} - {E^{2}}_{t 20} V_{p, t 2} G_{t 2 E_{t 2}}, b_{32} = 0, b_{33} = - γ_{e, t 20} - N_{t 20} γ_{e, t 2 N_{t 2}} - {E^{2}}_{t 20} V_{p, t 2} G_{t 2 N_{t 2}} 。 \\ b_{1} = - (b_{11} + b_{22} + b_{33}), b_{2} = - (b_{31} b_{13} - b_{11} b_{22} + b_{12} b_{21} - b_{33} b_{11} - b_{33} b_{22}), \\ b_{3} = - (b_{31} b_{12} b_{23} - b_{31} b_{13} b_{22} + b_{33} b_{11} b_{22} - b_{33} b_{12} b_{21}) 。 \end{matrix} \end{matrix}

接着,利用(13)式讨论编码解码数学物理原则。对于数字通信,信息信号S(t)=0时,即数字编码定义为字节“0”。由(13)式可进一步得到字节为“0”时数字解码的特征值方程,即

\begin{matrix} λ^{3} + λ^{2} b_{1} + λ b_{2} + b_{3} = 0, (14) \end{matrix}

其中λ是特征值,λ决定了激光器t2和r2之间的同步程度。当λ中实部的最大值为负值时,激光器t2可与激光器r2同步。同步呈现意味着数字字节“0”字节的解码实现。其数字解码的数学原理及数学运算式是:(E_t2-E_r2)=(E_t20-E_r20)+δe(t)=δe(t)=0,其中有δe(t)=δE_t2-δE_r2=δ(E_t2-E_r2)=0。

当数字信息S(t)≠0时,即数字编码定义为字节为“1”。其数字解码的数学原理及运算式是:(E_t2-E_r2)=(E_t20-E_r20)+δe(t)=δe(t)≠0。因为在数学上,变量δe(t)是(13)式中变量φ_t1和φ_r2的函数,这将导致激光器t2和r2之间呈现出非同步现象。由此即定义了数字字节“1”的解码。

我们必须指出,E_t1是混沌载波,发射机激光器t1与接收机激光器r2具有不同的参数,这一点完全不同于传统混沌通信收发同参数密约系统。

综上所述,我们可将这种编码技术命名为混沌交叉传输-交替并行同步(C-CTAPS)方法或激光混沌通信CEAPR方法。据文献[ 12-24]可知,这种C-CTAPS编码技术是一种有别于传统混沌编码的新方法,在某些方面实现了“混沌隐藏”与“混沌键控”的组合应用。

2.1.2 关于激光器t2、 t1和 r1的子系统的编码与解码方程

设置α=0和β=1。注意,E_t2是混沌载波,发射机是激光器t2,接收机是激光器r1。仅需将(13)式中参量的下标“1”改为“2”或“2”改为“1”,就可以得到第二个混沌编码解码方程,即

\begin{matrix} \begin{matrix} \frac{d}{dt} [\begin{matrix} δ (E_{t 1} - E_{r 1}) \\ δ (φ_{t 1} - φ_{r 1}) \\ δ (N_{t 1} - N_{r 1}) \end{matrix}] = (\begin{matrix} a_{11} & a_{12} & a_{13} \\ a_{21} & a_{22} & a_{23} \\ a_{31} & a_{32} & a_{33} \end{matrix}) + \\ \frac{k}{τ_{L, r 1}} [\begin{matrix} \cos (φ_{t 2} - φ_{r 1}) \\ \sin (φ_{t 2} - φ_{r 1}) \\ 0 \end{matrix}] S (t), (15) \end{matrix} \end{matrix}

其中,参数a_ij (i=1,2,3;j=1,2,3)对应于(13)式中的参数b_ij(且需把其中参量下标标“1”改为“2”以及“2”改为“1”)。这里a_ij 形式不再详细阐述。

利用2.1.1中的方法,基于(15)式来讨论编码解码数学物理原则。可得数字信息信号S(t)取值为0的编码方程,即数字字节为“0”的λ特征值方程为

\begin{matrix} λ^{3} + λ^{2} a_{1} + λ a_{2} + a_{3} = 0, (16) \end{matrix}

其中,参数a_1,2,3对应于(13)式中的参数b_1,2,3。这里a_1,2,3 形式不再详细阐述。

由此当数字信息信号S(t)=0时,同步实现即可定义为字节“0”的数字解码。其解码的数学原理式是:(E_t1-E_r1)=(E_t10-E_r10)+δe(t)=δe(t)=0,其中有δe(t)=δE_t1-δE_r1 =δ(E_t1-E_r1)=0。

当S(t)≠0时,即数字编码定义为字节“1”。其数字解码的数学原理式是:(E_t1-E_r1)=(E_t10-E_r10)+δe(t)=δe(t)≠0,即非同步。在数学上,δe(t)是(15)式中的变量φ_t2和φ_r1的函数,这导致激光器t1和r1之间出现非同步现象,即定义了字节“1”的数字解码。

上述两套编码解码方案与原理完全不同于传统的激光混沌通信系统的编码解码特点^[14-24]。

3 两组C-CTAPS通信的结果与讨论

3.1 激光器t1向激光器r2交叉传送信息

根据(13)式以及C-CTAPS编码解码原理,可定义:S(t)=0时,编码定义为字节“0”;当S(t)≠0时,编码定义为字节“1”。激光器t2与r2之间的同步表示字节“0”解码,非同步表示字节“1”解码。该C-CTAPS通信过程的解释与讨论如下。

当激光器t1混沌载波E_t1将编码的信息S(t)交叉传送给激光器r2时,可设置α=1和β=0。将(10)式和(11)式中的变量(E_t1+α×S)改写成(E_t1+S),然后通过激光器t2和r2之间的同步与非同步来实现数字解码。图2展示了激光器t1至激光器r2的C-CTAPS的通信过程。其中,数字信息信号S的取值为0或0.004,其字节流速率为0.3 Gbit/s。图2(a)是激光器t1发射的混沌载波,其中信息信号被掩蔽。信息信号如图2(b)所示。图2(c)显示了激光器t2与r2之间呈现的同步与非同步解码原理。图2(d)显示了归一化后的解码字节流速率为0.3 Gbit/s。

图 2. 激光器t1至激光器r2的C-CTAPS 通信过程。(a)混沌掩蔽信息;(b)信息信号;(c)解码;(d)字节流

Fig. 2. C-CTAPS communication process from laser t1 to laser r2. (a) Chaos masking information; (b) information; (c) decoding; (d) byte stream

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3.2 激光器t2向激光器r1交叉传送信息

根据(15)式以及C-CTAPS编码解码原理,当S(t)=0时,编码定义为字节“0”;当S(t)≠0时,编码定义为字节“1”。激光器t1与r1之间的同步表示字节“0”解码,非同步表示字节“1”解码。该C-CTAPS的通信过程如下所述。

在经过信息信号S(t)编码后,将激光器t2的混沌载波交叉传输到激光器r1。设置α=0和β=1。将 (7)式和(8)式中的变量(E_t2+β×S)改写成(E_t2+S)。然后通过激光器t1和r1之间的同步与非同步去实现解码。

图3显示了激光器t2至激光器r1的C-CTAPS通信的过程,该过程呈现出激光器t1与r1之间的同步与非同步物理现象。图3(a)显示了来自激光器t2的混沌载波,其中信息信号被掩蔽。图3(b)显示信息信号S在数值0或0.003上的变化过程,其数字字节流速率为0.28 Gbit/s。图3(c)是激光器t1和r1之间呈现的同步或非同步解码过程。图2(d)则是C-CTAPS解码获得的归一化后的数字信息信号字节流(速率是0.28 Gbit/s)。

图 3. 激光器t2至激光器r1的C-CTAPS 通信过程。(a)混沌掩蔽信息;(b)信息信号;(c)解码;(d)字节流

Fig. 3. C-CTAPS communication process from laser t2 to laser r1. (a) Chaos masking information; (b) information; (c) decoding; (d) byte stream

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最后讨论通信中的同步与码率问题。最终发现再同步决定了码率。图4(a)和(b)是图2(c)(如在第63.334 ns有一个再同步,其再同步用时约0.6 ns)和图3(c)(如在第53.573 ns有一个再同步,其再同步用时约0.5 ns)的局部放大图。可以看到,实现再同步需要花费零点几纳秒,这意味着通信码率可以达到每秒几百兆字节。当然,就保密通信而言,信息安全是第一位的。

图 4. 同步与码率问题。(a)再同步;(b)另一个再同步

Fig. 4. Relationship of synchronization and bit rate. (a) Re-synchronization; (b) another re-synchronization

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5 结论

提出了一种新的CEAPR编码方法和系统,实现了混沌编码、交叉传输和交替并行混沌解码接收。激光混沌CEAPR理论证明了两个编码和解码方程,确定了编码解码数学物理原则,实现了两组C-CTAPS通信技术的交替应用。数值结果与CEAPR理论是一致的。由于发射源是两个不同耦合激光器的耦合,可以输出两种不同的混沌激光,因此可以交替、灵活地传输信息。由于两个激光场强度与相位等多个参变量存在非线性耦合项,非线性相互作用增强,且系统具有“混沌隐藏”与“混沌键控”的组合编码解码方法特点,同时由于发射器是由两个不同激光器耦合组成的,两个激光器的体积、模态体积、腔内光往返时间、载流子数、载流子损耗率与模态增益等多个物理参量存在差异,故系统的安全密钥明显增多。另外,发射混沌载波的激光器和接收机激光器具有不同的参量参数密钥(即完全不同于传统混沌通信收发同参数密钥系统)。以上特点都极大地增加了入侵者窃听通信信息内容的难度。当然,该系统也可用于构建实验研究平台,如在激光输出光路中加入光频谱仪与示波器进行输出波形和光谱特性的分析,或在发射或者调制端等加入光调制器、光耦合器、光衰减器、合波器、光电探测器等器件研究混沌调制、混沌掩蔽和其他形式的编码。整体来看,该系统及其混沌激光通信的理论将进一步推动混沌编码和光学安全通信的发展。

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3.1 激光器t1向激光器r2交叉传送信息

3.2 激光器t2向激光器r1交叉传送信息

5 结论

颜森林. 激光混沌交叉发射与交替并行接收在保密通信中应用的基本理论与技术[J]. 中国激光, 2020, 47(9): 0906001. Yan Senlin. Theory and Technique of Cross Transmittance and Alternate Parallel Reception of Laser Chaos in Secure Communication[J]. Chinese Journal of Lasers, 2020, 47(9): 0906001.

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1 引言

2 系统结构与基本理论

表 1. 激光器参量

Table 1. Laser parameters

图 1. 交替编码模块的示意图

Fig. 1. Schematic diagram of alternate coding blocks

2.1 编码与解码方程

3 两组C-CTAPS通信的结果与讨论

3.1 激光器t1向激光器r2交叉传送信息

图 2. 激光器t1至激光器r2的C-CTAPS 通信过程。(a)混沌掩蔽信息;(b)信息信号;(c)解码;(d)字节流

Fig. 2. C-CTAPS communication process from laser t1 to laser r2. (a) Chaos masking information; (b) information; (c) decoding; (d) byte stream

3.2 激光器t2向激光器r1交叉传送信息

图 3. 激光器t2至激光器r1的C-CTAPS 通信过程。(a)混沌掩蔽信息;(b)信息信号;(c)解码;(d)字节流

Fig. 3. C-CTAPS communication process from laser t2 to laser r1. (a) Chaos masking information; (b) information; (c) decoding; (d) byte stream

图 4. 同步与码率问题。(a)再同步;(b)另一个再同步

Fig. 4. Relationship of synchronization and bit rate. (a) Re-synchronization; (b) another re-synchronization

5 结论

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1 引言

2 系统结构与基本理论

表 1. 激光器参量

Table 1. Laser parameters

图 1. 交替编码模块的示意图

Fig. 1. Schematic diagram of alternate coding blocks

2.1 编码与解码方程

3 两组C-CTAPS通信的结果与讨论

3.1 激光器t1向激光器r2交叉传送信息

图 2. 激光器t1至激光器r2的C-CTAPS 通信过程。(a)混沌掩蔽信息;(b)信息信号;(c)解码;(d)字节流

Fig. 2. C-CTAPS communication process from laser t1 to laser r2. (a) Chaos masking information; (b) information; (c) decoding; (d) byte stream

3.2 激光器t2向激光器r1交叉传送信息

图 3. 激光器t2至激光器r1的C-CTAPS 通信过程。(a)混沌掩蔽信息;(b)信息信号;(c)解码;(d)字节流

Fig. 3. C-CTAPS communication process from laser t2 to laser r1. (a) Chaos masking information; (b) information; (c) decoding; (d) byte stream

图 4. 同步与码率问题。(a)再同步;(b)另一个再同步

Fig. 4. Relationship of synchronization and bit rate. (a) Re-synchronization; (b) another re-synchronization

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