外腔反饋半導體激光器結構簡單、動態(tài)特性豐富、穩(wěn)定性好，已成為高速真隨機密鑰產(chǎn)生、混沌保密通信、高精度雷達測距以及混沌光時域反射儀等應用中最廣泛使用的光源。然而，外腔諧振導致混沌信號具有反饋時延特征、暗含周期性，將降低混沌通信系統(tǒng)的安全性、削弱產(chǎn)生的隨機數(shù)的無序性。因此，混沌半導體激光器時延信息的隱藏已成為混沌應用中亟待解決的問題。針對此問題，本文利用功率譜分析法，首先研究了最簡單的鏡面反饋邊發(fā)射半導體激光器（EEL）時延信息能否被抑制。然后，探索了時延信息能被隱藏的濾波反饋方案。主要工作及結果總結如下：1)實驗和數(shù)值模擬研究了鏡面光反饋混沌EEL時延信息的提取。利用我們提出的功率譜分析方法，針對已有研究提出的可以抑制或隱藏時延信息的情形，發(fā)現(xiàn)鏡面光反饋混沌半導體激光器時延信息是可以識別的。同時研究發(fā)現(xiàn)：時序分析方法自相關函數(shù)法（ACF）和互信息法（MI）能否識別時延信息取決于時間序列的長度。選取足夠長的時序進行時域分析，ACF和MI也能提取出上述情形的時延信息。此外，功率譜分析法可以識別ACF和MI不能識別的單反饋和雙反饋τ1:τ2≈1:2且FPR1> FPR2的情形。因此，基于功率譜分析方法研究結果表明，對于固定時延反饋的混沌半導體激光器系統(tǒng)，時延信息是無法被抑制的。2)提出了濾波光反饋混沌邊發(fā)射半導體激光器可以隱藏時延信息。數(shù)值模擬分析了濾波器參數(shù)（濾波器的線寬和頻率失諧量）、反饋外腔參數(shù)（反饋強度和外腔長度）對時延信息識別的影響。模擬結果表明：在相同反饋強度下，濾波反饋時延信息比鏡面反饋時延信息難于識別。初步的實驗結果也證實了這一點。3)提出了濾波光反饋垂直腔面激光器（VCSEL）時延信息隱藏方案。基于自旋反轉(zhuǎn)模型（SFM），擴展建立了濾波光反饋VCSEL的速率方程。數(shù)值模擬結果表明：在相同的反饋速率下，鏡面反饋VCSEL的時延信息可以容易地提取出來；而濾波反饋VCSEL的時延信息，當聯(lián)合選擇合適的濾波器參數(shù)（濾波器的線寬、頻率失諧）時，時延信息是可以被隱藏的。此外，詳細分析了濾波器的線寬和頻率失諧，對濾波反饋VCSEL時延信息抑制的影響。結果表明：濾波器線寬越窄，時延信息越容易被隱藏；濾波器與VCSEL的頻率失諧較大時，時延信息可以被抑制。

 

太原理工大學山西省211工程院校

 

頁數(shù)：111

 

【學位級別】：博士

 

文章目錄

摘要

ABSTRACT

第一章 緒論

    1.1 論文研究背景及意義

    1.2 光反饋半導體激光器的研究進展

        1.2.1 光反饋半導體激光器混沌激光動態(tài)特性研究現(xiàn)狀

        1.2.2 光反饋半導體激光器混沌激光應用研究現(xiàn)狀

    1.3 光反饋半導體激光器時延特征的研究進展

    1.4 本論文主要研究內(nèi)容

第二章 典型識別時延信息的方法

    2.1 引言

    2.2 時域分析方法

        2.2.1 自相關函數(shù)

        2.2.2 互信息

        2.2.3 排列熵

        2.2.4 預測誤差

        2.2.5 極值統(tǒng)計

    2.3 頻域分析法——功率譜分析法

        2.3.1 功率譜密度

        2.3.2 維納辛欽定理

        2.3.3 時延信息的提取

第三章 功率譜分析方法識別光反饋半導體激光器時延信息

    3.1 光反饋半導體激光器的外腔時延特征

    3.2 光反饋混沌半導體激光器時延信息識別的實驗研究

        3.2.1 實驗裝置

        3.2.2 單反饋半導體激光器時延信息識別的實驗結果

        3.2.3 雙反饋半導體激光器時延信息識別的實驗結果

        3.2.4 單反饋與雙反饋τ1:τ2≈1:2 時延信息識別的比較

    3.3 光反饋混沌半導體激光器時延信息識別的數(shù)值分析

        3.3.1 光反饋半導體激光器理論模型

        3.3.2 單反饋半導體激光器時延信息識別的數(shù)值模擬結果

        3.3.3 雙反饋半導體激光器時延信息識別的數(shù)值模擬結果

    3.4 討論與結論

第四章 濾波反饋邊發(fā)射半導體激光器時延信息抑制的研究

    4.1 引言

    4.2 理論模型

    4.3 濾波光反饋混沌半導體激光器時延信息隱藏的結果

    4.4 參數(shù)影響

        4.4.1 濾波器線寬對濾波反饋 EEL 時延信息隱藏的影響

        4.4.2 濾波器頻率失諧對濾波反饋 EEL 時延信息隱藏的影響

        4.4.3 反饋強度對濾波反饋 EEL 時延信息隱藏的影響

        4.4.4 時間延遲對濾波反饋 EEL 時延信息隱藏的影響

    4.5 實驗結果

    4.6 結論

第五章 濾波光反饋 VCSEL 時延信息抑制的研究

    5.1 引言

    5.2 VCSEL 理論模型

        5.2.1 VCSEL 的自旋反轉(zhuǎn)模型（SFM）

        5.2.2 濾波反饋 VCSEL 速率方程模型

    5.3 濾波反饋 VCSEL 與鏡面反饋 VCSEL 時延信息抑制結果比較

    5.4 濾波器參數(shù)對濾波反饋 VCSEL 時延信息抑制的影響

        5.4.1 線寬對濾波反饋 VCSEL 時延信息抑制的影響

        5.4.2 頻率失諧對濾波反饋 VCSEL 時延信息抑制的影響

    5.5 結論

第六章 總結和展望

    6.1 工作總結

    6.2 未來工作展望

參考文獻

致謝

攻讀博士學位期間已發(fā)表的學術論文

 

參考文獻

 

期刊論文

 

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