光通信源的相干檢測(cè)

摘要：為了提高光通信系統(tǒng)的可靠性，利用光反饋半導(dǎo)體激光器在自由空間產(chǎn)生了通信源，實(shí)驗(yàn)中通過分析半導(dǎo)體激光器輸出的相干特性，實(shí)現(xiàn)了對(duì)光通信源性能的檢測(cè)。研究發(fā)現(xiàn)，無反饋時(shí)，激光器的輸出為單模振蕩，隨反饋強(qiáng)度的增加，系統(tǒng)的輸出經(jīng)周期區(qū)域進(jìn)入了混沌狀態(tài)，通信光源的相干性逐漸變?nèi)酢４藭r(shí)系統(tǒng)處于復(fù)雜的隨機(jī)變化狀態(tài)，系統(tǒng)的抗破譯能力強(qiáng)，利于隱藏信息，進(jìn)行保密通信傳輸。
關(guān)鍵詞：半導(dǎo)體激光器；通信源；相干；反饋

0 引言
近幾年，隨著信息技術(shù)的迅猛發(fā)展，保密通信受到了人們的廣泛重視。繼無線電保密通信電路系統(tǒng)的應(yīng)用后，逐漸出現(xiàn)了半導(dǎo)體激光器混沌系統(tǒng)在保密通信中的應(yīng)用和發(fā)展。但是混沌保密通信的抗破譯能力與系統(tǒng)產(chǎn)生的混沌狀態(tài)密切相關(guān)，因此，有必要對(duì)這種產(chǎn)生混沌的光通信源的性能進(jìn)行檢測(cè)和研究。混沌保密通信要求產(chǎn)生的載波隨機(jī)性高，抗破譯能力較強(qiáng)，以使隱藏的信息不易被發(fā)現(xiàn)。這正是光通信系統(tǒng)混沌載波隨機(jī)變化特點(diǎn)的體現(xiàn)，而此狀態(tài)恰恰破壞了激光器的相干性?；诖?，本文在實(shí)驗(yàn)中，利用光反饋半導(dǎo)體激光器產(chǎn)生了通信源，結(jié)合干涉理論，分析了系統(tǒng)輸出的相干特性，從而對(duì)這種光通信源的性能進(jìn)行了檢測(cè)。

1 實(shí)驗(yàn)裝置
光通信源系統(tǒng)檢測(cè)的實(shí)驗(yàn)裝置如圖1所示。實(shí)驗(yàn)中半導(dǎo)體激光器LD(中心波長為778nm)的輸出光經(jīng)透鏡校準(zhǔn)后，經(jīng)過半波片被偏振分束器PBS分成兩束，一束被反射鏡M反射并耦合進(jìn)激光器，組成光通信系統(tǒng)源。另一束作為輸出光，經(jīng)光隔離器OI后，被分束器BS分成兩部分，其中一部分經(jīng)光電探測(cè)器PD后，用光譜分析儀OSA來實(shí)時(shí)觀測(cè)激光器的輸出光譜；另一部分進(jìn)入干涉器件M．I，檢測(cè)通信載波的相干特性，干涉后的波形經(jīng)PD后由實(shí)時(shí)示波器OSC來探測(cè)。

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析
實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，在偏置電流一定的情況下，無反饋時(shí)，激光器的輸出為單模振蕩；隨著反饋強(qiáng)度的增加，系統(tǒng)的輸出經(jīng)歷單周期，倍周期之后很快進(jìn)入了相干塌陷區(qū)，此時(shí)半導(dǎo)體激光器的相干性減弱。進(jìn)一步增加反饋，激光器的輸出進(jìn)入了混沌狀態(tài)，系統(tǒng)的相干性嚴(yán)重惡化。圖2表示混沌狀態(tài)時(shí)激光器輸出的光譜圖，從圖中可以看出，混沌狀態(tài)時(shí)的光譜展寬，激光器由穩(wěn)定的單模振蕩變?yōu)槎嗫v模振蕩，同時(shí)系統(tǒng)的相干性減弱。

當(dāng)出現(xiàn)隨機(jī)變化復(fù)雜無序的混沌載波時(shí)(如圖3(左)所示)，系統(tǒng)處于自由振蕩狀態(tài)，就可以把信號(hào)隱藏在其中，然后通過保密通信后可利用同步相減的方式，把信息破譯提取出來。圖3(右)表示被檢測(cè)的通信載波經(jīng)過干涉儀M．I隨光程差改變的時(shí)序圖?？梢娤到y(tǒng)的輸出處于隨機(jī)的混亂狀態(tài)，其相干性減弱，此時(shí)隱藏信息不易被發(fā)現(xiàn)。

圖4表示無反饋和混沌狀態(tài)時(shí)激光器的輸出經(jīng)過干涉儀M．I后隨光程差變化的時(shí)序?qū)Ρ?，圖中上方的序列是無反饋時(shí)的情況，可見干涉加強(qiáng)和減弱的轉(zhuǎn)變比較明顯，其相干性好；而下方的是帶反饋的半導(dǎo)體激光器產(chǎn)生的混沌載波，可以看出其處于隨機(jī)混亂的無序狀態(tài)，干涉幅度變化較小，此時(shí)系統(tǒng)的相干性很弱，適合于隱藏信號(hào)進(jìn)行保密通信的應(yīng)用，說明半導(dǎo)體激光器可以作為光通信源。

3 結(jié)論
本文利用了干涉法對(duì)半導(dǎo)體激光器產(chǎn)生的光通信源進(jìn)行了干涉檢測(cè)。結(jié)果表明：光反饋半導(dǎo)體激光器產(chǎn)生的混沌載波序列具有較大的帶寬和無序復(fù)雜變化的隨機(jī)性，適合于對(duì)信息進(jìn)行隱藏，并且能提高系統(tǒng)的可靠性，利于保密通信。同時(shí)分析了反饋強(qiáng)度對(duì)光通信源輸出特性的影響。隨著反饋強(qiáng)度的增加，半導(dǎo)體激光器的輸出由單模的穩(wěn)態(tài)經(jīng)周期區(qū)進(jìn)入混沌狀態(tài)，其相干性逐漸變?nèi)?，此時(shí)系統(tǒng)處于復(fù)雜的隨機(jī)變化狀態(tài)，系統(tǒng)的抗破譯能力強(qiáng)，利于隱藏信息，進(jìn)行保密通信。因此，在上述實(shí)驗(yàn)裝置中，改變反饋強(qiáng)度的同時(shí)，可以通過觀察光譜圖和分析干涉序列的方法，實(shí)現(xiàn)對(duì)光通信源方便、直觀目．快捷的檢測(cè)。