[发明专利]一种多路信息高速传输混沌保密通信的装置及方法

说明书

一种多路信息高速传输混沌保密通信的装置及方法是将两路波长不同的激光同时注入到两个带有相同外腔光纤镜反馈互耦合无隔离器的多纵模激光器，在实现混沌激光频谱展宽的同时令这两个多纵模混沌激光器同步输出；调整注入光的波长能够调控多纵模混沌激光器输出的混沌激光频谱带宽以及其各个子模式的混沌激光频谱带宽；获得的两束同步混沌激光，通过波分复用器把这两束包含子模式的混沌激光按波长分开，得到的多个波长的混沌激光作为混沌保密通信的载波；在发送端加载不同速率的信息，再利用解调器将信息在接收端解调。本发明所产生的混沌保密通信系统不仅具有能够同时实现多路信息保密通信的能力，而且能够实现不同速率信息同时加载的功能。

技术领域

本发明涉及宽带混沌激光通信，具体为一种用于多路信息传输混沌保密通信的装置及方法，可用于混沌激光波分复用保密通信。

背景技术

安全的保密通信技术一直是人们不断追求的目标，也是通信领域的研究热点之一。混沌激光通信[Nat. Photonics, Vol. 9, p. 151-162, 2015和Wiley-VCH, p. 343,2012]是信息安全领域内另一项具有应用前景的保密通信技术，该技术利用混沌激光类噪声的特性，将大幅度的混沌激光作为掩藏信息的载波，再利用混沌同步技术在接收端对接收到的混沌信号进行解调，最终得到传送信息。根据实现方式的不同，混沌保密通信可以分为直接耦合混沌激光同步和间接耦合混沌激光同步。直接耦合方案是指混沌同步信道同时也是通信信道。2010年研究人员采用相位调制的方案实现了10Gb/s的混沌保密通信[IEEEJ. Quantum Electron., Vol. 46, p. 1430-1435, 2010]。在直接耦合同步结构中，围绕提升混沌载波频谱带宽开展了相关的理论研究[Nonlinear Dynam., Vol. 76, p. 399-407, 2014和IEEE Photon. Technol. Lett., Vol. 28, p. 1988-1991, 2016]。然而，理论计算实现的超宽谱混沌载波的产生通常是依赖于强光注入、高偏置电流实现。这些条件增加了实际应用的难度，此外，在直接耦合同步方法中，同步信道同时也是通信信道，导致信息容易被泄露。30Gb/s 是目前直接耦合同步技术实验承载的最高信息速率[OpticsLett., Vol. 43, p. 1323-1326, 2018]，但高速信息传输的实现仍是依赖于相位调制，且该通信系统共享同步信道与通信信道，亦会存在信息易被泄露的安全隐患。间接耦合同步中实现混沌同步的信道与进行通信的信道相互独立。在同步信道中借助一个公共信号驱动实现两支通信激光器之间高质量同步，而通信激光器之间的通信是在另外搭建的一条通信信道上进行。这类方案的一个优势是公共驱动信号与激光器的信号同步系数很低。因此，即便窃取到驱动信号也无法准确推演出混沌载波，传输的信息是加载在通信信道的混沌载波里，能够保证信息安全。

多路混沌保密通信是在间接同步基础上实现的，由一束多模反馈半导体激光器产生的混沌激光驱动两支多模混沌激光器实现其各个子模式的同步，实现各子模式加载信息。目前利用该技术实现的多路信息同时加载的速率为2 Gb/s[Nonlinear Dyn., Vol.86, p. 1937-1949, 2016]。然而，该速率远无法满足现行信息传输方案中3 km、10 km、40km中短距离通信速率即25 Gb/s的要求[Chin. Opt. Lett., Vol. 15, p. 022502,2017]。这是因为在该结构下，激光器的混沌带宽仍受到激光器弛豫振荡频率的影响[Opt.Express, Vol. 28, p. 5512-5524, 2010]。在频域中，频谱分布在弛豫振荡频率处有明显的尖峰，因此频谱带宽被限制在数GHz量级。混沌激光的频谱带宽是按其输出功率的80%能量计时所占的带宽[Opt. Commun., 2003, Vol. 221, p. 173-180]。而实际情况是混沌激光的频谱带宽直接决定着加载信息的速率，这就意味着若想满足中短距离信息的保密传输，要求同步的混沌激光带宽至少是25GHz。