作者单位
摘要
1 太原理工大学新型传感器与智能控制教育部/山西省重点实验室,山西 太原 030024
2 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所应用光学国家重点实验室,吉林 长春 130033
3 广东工业大学广东省信息光子技术重点实验室,广东 广州 510006
4 中国工程物理研究院应用电子学研究所,四川 绵阳 621900
提出了一种基于多模光纤模间色散的无时延特征混沌产生方案。在多模光纤长度为4.4 km、芯径为62.5 μm、反馈强度为0.1的条件下,实验获得了无时延特征的混沌信号。进一步理论分析了多模光纤的纤芯直径、相对偏移、长度对混沌光模场的影响,结果显示:随着纤芯直径和相对偏移的增大,模式数量逐渐增多,模场分布变复杂;随着光纤长度的增加,模式分离程度(即模间色散)增大。最终探明了多模光纤相对偏移、反馈强度、长度对时延特征的抑制规律。结果表明,在与实验相同的纤芯直径和反馈强度下,消除时延特征的多模光纤的临界长度为1 km。
光纤光学 半导体激光器 混沌激光 时延特征 多模光纤 
中国激光
2024, 51(6): 0606002
Author Affiliations
Abstract
1 School of Information Engineering, Guangdong University of Technology, Guangzhou 510006, China
2 Pengcheng Laboratory, Shenzhen 518062, China
3 Key Laboratory of Photonic Technology for Integrated Communication and Sensing, Ministry of Education, Guangzhou 510006, China
4 School of Optoelectronic Engineering, Guangdong Polytechnic Normal University, Guangzhou 510665, China
5 School of Electrical and Information Technology, Sun Yat-sen University, Guangzhou 510006, China
Secure distribution of high-speed digital encryption/decryption keys over a classical fiber channel is strongly pursued for realizing perfect secrecy communication systems. However, it is still challenging to achieve a secret key rate in the order of tens of gigabits per second to be comparable with the bit rate of commercial fiber-optic systems. In this paper, we propose and experimentally demonstrate a novel solution for high-speed secure key distribution based on temporal steganography and private chaotic phase scrambling in the classical physical layer. The encryption key is temporally concealed into the background noise in the time domain and randomly phase scrambled bit-by-bit by a private chaotic signal, which provides two layers of enhanced security to guarantee the privacy of key distribution while providing a high secret key rate. We experimentally achieved a record classical secret key rate of 10 Gb/s with a bit error rate lower than the hard-decision forward error correction (HD-FEC) over a 40 km standard single mode fiber. The proposed solution holds great promise for achieving high-speed key distribution in the classical fiber channel by combining steganographic transmission and chaotic scrambling.
Photonics Research
2024, 12(2): 321
作者单位
摘要
1 太原理工大学新型传感器与智能控制教育部/山西省重点实验室,山西 太原 030024
2 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所应用光学国家重点实验室,吉林 长春 130033
3 广东工业大学广东省信息光子技术重点实验室,广东 广州 510006
4 大连理工大学光电工程与仪器学院,辽宁 大连 116024
对主从开环结构下,混沌激光偏振度对混沌同步质量的影响进行实验研究。在背靠背和200 km传输条件下,分析混沌激光偏振度以及同步质量的演变规律,发现随着距离和时间的增加,混沌激光偏振度逐渐减小,导致激光器的有效注入强度降低,进而削弱了注入锁定效应,恶化了主从混沌同步质量。增大注入强度可以提高同步质量对偏振度变化的容忍度,有助于实现稳定的长距离混沌激光同步。
激光器 光偏振度 混沌激光 混沌同步 混沌保密通信 
光学学报
2023, 43(21): 2114003
Longsheng Wang 1,2Junli Wang 1,2Yushan Wu 1,2Yuehui Sun 3,4[ ... ]Anbang Wang 1,2,3,4,*
Author Affiliations
Abstract
1 Key Laboratory of Advanced Transducers and Intelligent Control System, Ministry of Education, Taiyuan 030024, China
2 College of Physics and Optoelectronics, Taiyuan University of Technology, Taiyuan 030024, China
3 School of Information Engineering, Guangdong University of Technology, Guangzhou 510006, China
4 Guangdong Provincial Key Laboratory of Photonics Information Technology, Guangzhou 510006, China
5 Center for Information Photonics & Communications, School of Information Science and Technology, Southwest Jiaotong University, Chengdu 610031, China
Optical chaos communication and key distribution have been extensively demonstrated with high-speed advantage but only within the metropolitan-area network range of which the transmission distance is restricted to around 300 km. For secure-transmission requirement of the backbone fiber link, the critical threshold is to realize long-reach chaos synchronization. Here, we propose and demonstrate a scheme of long-reach chaos synchronization using fiber relay transmission with hybrid amplification of an erbium-doped fiber amplifier (EDFA) and a distributed fiber Raman amplifier (DFRA). Experiments and simulations show that the hybrid amplification extends the chaos-fidelity transmission distance thanks to that the low-noise DFRA suppresses the amplified spontaneous emission noise and self-phase modulation. Optimizations of the hybrid-relay conditions are studied, including launching power, gain ratio of DFRA to EDFA, single-span fiber length, and number of fiber span. A 1040-km chaos synchronization with a synchronization coefficient beyond 0.90 is experimentally achieved, which underlies the backbone network-oriented optical chaos communication and key distribution.
Photonics Research
2023, 11(6): 953
Author Affiliations
Abstract
1 Key Laboratory of Advanced Transducers & Intelligent Control Systems, Ministry of Education and Shanxi Province, College of Physics & Optoelectronic Engineering, Taiyuan University of Technology, Taiyuan 030024, China
2 Guangdong Provincial Key Laboratory of Photonics Information Technology, School of Information Engineering, Guangdong University of Technology, Guangzhou 510006, China
An optical scrambler using a whispering-gallery-mode (WGM) micro-bottle cavity to scramble a complex optical signal to generate an uncorrelated output is proposed. We experimentally demonstrated this micro-cavity scrambler by using chaotic laser light as the incident signal and studied the influence of the coupling state. Experiments achieved full scrambling with a low cross correlation of 0.028 between the output and the input. Results indicate that the scrambling effect originates from the interference among numerous WGMs in the bottle cavity. It is believed that the micro-bottle cavity with an efficient scrambling function can become a promising candidate for encryption.
scrambler encryption whispering gallery mode micro-bottle cavity secure communication 
Chinese Optics Letters
2023, 21(6): 060601
伍玉山 1,2王俊丽 1,2毛晓鑫 1,2王龙生 1,2[ ... ]王安帮 1,2,*
作者单位
摘要
1 新型传感器与智能控制教育部重点实验室(太原理工大学),山西 太原 030024
2 太原理工大学物理与光电工程学院,山西 太原 030024
混沌激光在载波通信、密钥分发等信息安全传输领域具有巨大的应用潜力,但放大器自发辐射噪声、光纤色散以及非线性效应会降低混沌信号的保真度,进而限制单跨光纤混沌同步的距离。本文通过研究滤波器线宽、光纤色散补偿偏差以及混沌入纤功率对混沌激光传输保真度的影响,探明了单跨光纤混沌同步的极限距离,并在实验中实现了200 km单跨光纤中保真度为0.9214的混沌信号传输。以此信号为驱动,获得了同步系数为0.9043的共驱混沌同步,为长距离混沌载波通信与密钥分发的实现提供了基础。
光通信 混沌激光 混沌同步 光纤传输 载波通信 密钥分发 
中国激光
2023, 50(5): 0506002
杜以成 1,2张蓉 1,2王龙生 1,2贾志伟 1,2王安帮 1,2,*
作者单位
摘要
1 太原理工大学新型传感器与智能控制教育部重点实验室,山西 太原 030024
2 太原理工大学物理与光电工程学院,山西 太原 030024
提出并理论研究了基于三段式分布式布拉格反射(DBR)半导体激光器的噪声共驱混沌同步。互相关与关联维分析表明,噪声光注入强度在0.34~0.83内时,一对参数匹配的DBR激光器可以实现混沌同步。更重要的是,混沌同步对激光器光栅区、相位区参数失配非常敏感,具有更大的硬件参数空间;通过对光栅区电流进行调制,可实现快速的混沌同步开关键控,其同步恢复时间仅约为4 ns。利用DBR激光器混沌同步有望实现高速安全的混沌激光密钥分发。
激光器 混沌激光 混沌同步 半导体激光器 密钥分发 
光学学报
2022, 42(23): 2314003
彭小慧 1,2杜以成 1,2高华 1,2王龙生 1,2王安帮 1,2,*
作者单位
摘要
1 太原理工大学新型传感器与智能控制教育部重点实验室,山西 太原 030024
2 太原理工大学物理与光电工程学院,山西 太原 030024
提出并数值研究了随机数字相位调制光注入半导体激光器中产生混沌的方案。模拟结果表明:随着调制速率或调制深度的增大,激光器可以从初始的注入锁定状态经历准周期路径进入混沌,其原因是相位变化激励了非阻尼弛豫振荡;随机数字相位调制光注入可产生有效带宽大于10 GHz的混沌激光。鉴于数字信号长距离传输的抗干扰能力,该方案为长距离混沌同步及密钥分发应用提供了新思路。
激光器 混沌 光注入 非线性动力学 
光学学报
2022, 42(22): 2214001
作者单位
摘要
1 太原理工大学新型传感器与智能控制教育部/山西省重点实验室,山西 太原 030024
2 中国科学院半导体研究所半导体材料科学重点实验室,北京 100083
面向混沌激光测距对大功率混沌激光的需求,利用半透半反镜提供光反馈,使波长1530 nm的宽脊大功率半导体激光器(SL)产生了大功率自由空间混沌激光。同时,正是由于其多横模光束,混沌激光的时延特征被抑制,消除了时延特征对混沌激光测距的干扰。随着SL驱动电流的增大,时延特征被逐步抑制,但是弛豫振荡特征只在一定的电流区间被抑制。然后,详细研究了不同透射/反射比例下,周期性特征抑制的电流区间和相应的输出激光功率,最终产生了平均功率为440 mW、自相关主峰半峰全宽为0.07 ns、旁瓣峰水平为-6.3 dB的混沌激光。该研究工作为混沌激光测距提供了一种结构简单、低成本、高性能的混沌激光光源。
激光光学 混沌激光 激光测距 大功率 抗干扰 
激光与光电子学进展
2022, 59(21): 2114004
申志儒 1,2赵彤 1,2,*王安帮 1,2王云才 3,4
作者单位
摘要
1 太原理工大学新型传感器与智能控制教育部重点实验室,山西 太原 030024
2 太原理工大学物理与光电工程学院,山西 太原 030024
3 广东工业大学信息工程学院,广东 广州 510006
4 广东工业大学广东省光子学信息技术重点实验室,广东 广州 510006
通过Lang-Kobayashi速率方程发现并研究了光反馈弧边六角微腔激光器的稳态-准周期态切换现象,分析了反馈速率和偏置电流对该切换现象的影响,并通过分岔图分析了此切换现象产生的原因。结果表明,在高偏置电流、长腔反馈情况下,更容易出现稳态-准周期态切换的现象。最后对比分析了该切换现象与其他激光器出现的类似现象的区别。
激光器 弧边六角微腔激光器 非线性动力学 动力学状态切换 
激光与光电子学进展
2022, 59(5): 0514001

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