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半导体激光器混沌输出的时延特征与带宽特性分析信号与信息处理专业论文

西南交通大学硕士学位论文主要工作(贡献)声明本人在学位论文中所做的主要工作或贡献如下: 西南交通大学硕士学位论文主要工作(贡献)声明 本人在学位论文中所做的主要工作或贡献如下: 1.基于外光反馈半导体激光器的单光注入结构,引入激光器参数失配,利用自相关函 数作为量化工具,数值分析了主从激光器间参数失配对混沌信号时延特征隐藏的影 响,并结合注入强度与频率失谐展开了进一步综合研究。结果表明,通过选取合适 的控制参数,该简易主从激光器结构能够在较大参数范围内隐藏混沌信号的时延特 征。 2. 基于外光反馈半导体激光器与半导体环形激光器组成的注入型激光器结构,利用自 相关函数与排列熵作为量化工具,以注入强度与频率失谐为主要研究参数,数值分 析了该激光器结构产生混沌信号的时延特征、带宽特性与不可预测性。结果表明, 该结构能够在较大参数范围内同时实现混沌信号的时延特征隐藏与带宽增强,并且 信号在此条件下仍具有良好的不可预测性。 本人郑重声明:所呈交的学位论文,是在导师指导下独立进行研究工作所得的成 果。除文中已经注明引用的内容外,本论文不包含任何其他个人或集体己经发表或撰 写过的研究成果。对本文的研究做出贡献的个人和集体,均已在文中作了明确说明。本 人完全了解违反上述声明所引起的一切法律责任将由本人承担。 \ 学位论文作者签名: 雨飞.. 日期:7M6、1 l弓 万方数据 西南交通大学硕士研究生学位论文 西南交通大学硕士研究生学位论文 第1页 古蠡’西捅 要 半导体激光器(SemiconductorLaser,SL)是常用的光源之一,因附加自由度的引入会 呈现出丰富的动态特性,日益引起国内外学者的广泛关注。通过合理地选择控制参数, SL能够产生复杂的混沌信号,从而广泛应用于高速随机数发生器、必威体育官网网址通信等重要领 域。随着大规模集成电路的不断发展,混沌SL在信息安全和必威体育官网网址通信领域的应用正逐 步走进实用化。但是近年来经研究发现激光混沌光源因外腔反馈会产生明显的时延特 征,这种特征通过相关性分析可以轻易获取,不仅破坏了混沌光通信系统的安全性,还 会增加高速随机数发生器后处理技术的复杂度,因此如何消除混沌信号的时延特征具 有重要的理论意义和实用价值。本论文基于外光反馈半导体激光器,通过系统分析激 光混沌输出的时延特征及带宽特性,探究相关参数的影响,旨在优化混沌输出,提升混 沌系统的应用价值。具体研究内容及结果如下: (1)基于外光反馈SL的单光注入结构,引入激光器参数失配,详细阐述了通过 主从激光器参数失配来消除混沌信号时延特征的方法。利用自相关函数作为量化工具, 对混沌信号的时延隐藏效果进行量化分析,数值研究了主从激光器间的参数失配对混 沌信号时延消除的影响,并结合注入强度与频率失谐开展了进一步综合研究。研究结 果表明:在相同控制参数条件下,引入激光器参数失配对时延隐藏的效果影响显著;参 数失配率在.0.钆O范围内有助于在从激光器混沌输出中隐藏主激光器外腔引入的反馈 时延;而且,当主激光器注入强度在IOns~~20ns‘1范围内,主从激光器频率失谐控制在 一20GHz附近时,时延隐藏效果最佳。因此,由该单光注入系统产生的混沌信号可显著 提高混沌载波的安全性。 (2)利用外光反馈SL与半导体环形激光器(SRL),组成注入型激光器系统,该系 统包括三个激光器,外光反馈SL作为主激光器(M.SL),其外反馈腔引入反馈时延信 息,两个SRL分别作为中间激光器(I.SRL)与从激光器(S.SRL)。利用数值方法探究该系 统输出混沌信号的时延特征与带宽特性,并结合注入强度与频率失谐进行了详细分析, 仿真结果表明,该系统能够在较大参数范围内(注入强度与频率失谐)同时实现时延特征 隐藏与带宽增强,其作用机理为:通过选取合适的控制参数使M.SL与I-SRL组成的 主从结构产生时延特征隐藏的混沌信号,再将该时延隐藏信号注入到S-SRL产生时延 隐藏的带宽增强信号;最后利用归一化排列熵对混沌信号的不可预测性进行了简要分 析。该激光器结构为混沌必威体育官网网址通信与高速物理随机数发生器提供了一种新的混沌生成 方案。 关键词:外光反馈半导体激光器;混沌必威体育官网网址通信;时延特征隐藏;带宽增强 万方数据 西南交通大学硕士研究生学位论文 西南交通大学硕士研究生学位论文 第1I页 Abstract As commonly used optical sources,semiconductor lasers(SLs)tend have rich dynamical behaviors because of the inclusion of additional degrees of freedom,and thus have gained considerable attention.In parti

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