[发明专利]基于QCL双路高速自由空间混沌键控保密通信方法及装置

说明书

本发明公开了一种基于QCL双路高速自由空间混沌键控保密通信方法及装置，属于自由空间光通信技术领域；提供一种自由空间中红外混沌键控保密通信方法的改进方案，提高了现有中红外空间光保密通信的通信速率；技术方案为：通过量子级联激光器的互耦合结构，调控参数产生双路不相关的宽带混沌信号；两路激光器分别单向注入到对应参数一致的两路接收激光器；通过发射端注入接收端的电流在偏置电流附近的变化来编码数字信息，用探测器分别收集两路中的发射端与接收端信号，利用发射激光器和接收激光器之间的混沌同步状态，作减法实现信息解调，实现自由空间中红外混沌键控高速保密通信。

技术领域

本发明属于自由空间光通信技术领域，涉及自由空间中红外混沌键控保密通信的方法及装置；具体为一种基于QCL的双路高速自由空间混沌键控保密通信方法及装置。

背景技术

近来空间光通信不断发展，相对于光纤通信可以更快、更经济的部署，相对于无线电波有更高的带宽，在校园范围的网络通信、受灾后的光纤通信网络代替，连接无人机覆盖通信白点以及私人通信等方面有非常开阔的应用前景。在空间通信中，大量数据通过大气通道传播，信息容易被捕获，加密信息保证信息安全的保密通信是保证空间光通信安全的基石。

混沌激光保密通信是近20年来兴起的一种保密通信方式，将信息被加载在混沌信号中，因混沌的复杂性和随机性，用混沌作为载波窃听者很难从中获取信息。在自由空间光通信中，工作波长是一个重要参数，制约现有空间光通信的一个重要因素是天气因素的影响。传统通信使用的近红外波段在自由空间中传输损耗高、易受天气影响，无法保证混沌同步，因此无法实现保密通信。中红外波段包含两个大气窗口(3～5μm，8～14μm)，受天气因素影响小，经大气传输后混沌同步性衰减小，能够保证自由空间混沌保密通信的实现，该波段适合开发空间光通信应用。在中红外波段，量子级联激光器(QCL)的输出波长在此波段之内，是中红外波段的理想光源。

已有报道提出利用光反馈量子级联激光器产生中红外混沌光源进行空间光保密通信。但目前通过光反馈量子级联激光器目前通过光反馈只能产生低频起伏(LFF)，虽然低频起伏有混沌的特性，但其带宽小，无法满足高速通信需求，目前仅实现了速率为0.5Mbit/s,单路通信传输[Nature Communications,Vol.12,No.1,pp.1-8,2021.]。在互耦合结构会使两个激光器的输出状态互相影响，亦可产生丰富的动力学现象。调控参数多于光反馈结构，如失谐频率和偏置电流，能够产生更复杂的高带宽混沌，能满足高速信息速率对载波的要求，适合作为高速通信使用。

发明内容

本发明克服了现有技术的不足，提出一种基于QCL双路高速自由空间混沌键控保密通信方法及装置。采用互耦合量子级联激光器产生的两路不相关的混沌信号作为混沌源，产生宽带混沌信号，实现高速混沌光保密通信。

为了达到上述目的，本发明是通过如下技术方案实现的。

基于QCL双路高速自由空间混沌键控保密通信方法，包括以下步骤：

步骤一：通过两激光器互耦合产生宽带混沌信号C_T1(t)，C_T2(t)。

步骤二：将所述的两激光器作为两路发射激光器，通过任意波形发生器分别调制两激光器的偏置电流将两路数字信号B₁(t)，B₂(t)分别加载到第一路和第二路发射激光器中，第一路和第二路发射激光器的偏置电流分别为I_T1(t)＝I_b1+I_m1B(t)，I_T2(t)＝I_b2+I_m2B(t)，两激光器经调制后输出的载波混沌信号为C′_T1(t)，C′_T2(t)。