基于WRC-FPLD的波长可调、带宽可控的宽带混沌载波获取及其在WDM混沌保密通信中的应用探索

Information security is related to national security, economic development and social stability, so the optical chaotic secure communication as a new type of information security technology has attracted more and more attention in recent years. At present, for optical chaotic secure communication, the rate of single channel is only a few Gb/s and the wavelength division multiplexing (WDM) technique is rarely used, which is clearly unable to meet the growing demand for communication capacity. Therefore, it is an inevitable trend for the future development of optical chaotic communication to improve the transmission rate and use the WDM technology, where the generation of broadband chaotic carrier with wavelength tunability and bandwidth controllability is a core technique needed to be overcome. Based on above considerations, the project intends to explore the generating method and technology scheme of wideband chaotic signal with tunable wavelength in the range of 40nm and bandwidth controllability by adopting weak-resonant-cavity Fabry-Perot laser diode (WRC-FPLD). As a result, by selecting appropriate information loading, transmission and decoding methods, we will construct a WDM chaotic secure communication system to realize high-speed long-distance bidirectional secure transmission of information. Through the implementation of this project, it is expected to make some breakthroughs in some key technologies of WDM optical chaotic secure communication, which will be helpful to promote the self-construction of information security system in our country.

信息安全涉及国家安全、经济发展和社会稳定，因此光混沌保密通信作为一种新型信息安全技术近年来倍受关注。就光混沌保密通信的研究现状而言，单信道的码率只有几个Gb/s且很少使用波分复用(WDM)技术，显然无法满足通信容量日益增长的需求。因此，提高信道的传输码率并融合WDM技术是光混沌通信未来发展的必然趋势，其中波长大范围可调、带宽可控的宽带混沌信号获取技术则是需要攻克的核心技术环节。基于此，本项目拟采用弱谐振腔法布里-珀罗半导体激光器(WRC-FPLD)，探索波长在40nm范围内可调、带宽可控的宽带混沌信号产生方法和技术实现方案；在此基础上，通过选择合适的信息加载、传输和解码方式，构建WDM混沌保密通信系统，以实现信息在该系统中的双向、高速、长距离保密传输。通过本项目的实施，可望在WDM光混沌保密通信的若干关键技术上取得一些突破，从而推动我国信息安全体系的自主构建。

光混沌保密通信作为一种新型信息安全技术近年来倍受关注。为了满足通信容量日益增长的需求，研究构建基于波分复用（WDM）的保密通信技术对于推动我国信息安全体系的自主构建具有重要意义。考虑到半导体激光器（SL）在外部扰动下能够产生丰富的混沌动力学状态，特别是弱谐振腔法布里-珀罗激光器（WRC-FPLD）能在一定的波长范围内激发更多模式的混沌光信号，我们在基于WRC-FPLD产生波长可调、带宽可控的优质混沌信号并在此基础上构建WDM混沌保密通信系统方面开展了相关研究探索。完成的主要研究内容及取得的重要结果有：（1）在理论及实验上研究了不同类型的半导体激光器（VCSEL、 三段式单片集成SL、量子点激光器）在光注入、光反馈、互耦合等外部扰动下的混沌动力学状态，分析了产生混沌信号的特征与双向长距离混沌保密通信性能之间的关联关系。（2）提出了描述外部扰动下WRC-FPLD非线性动力学的理论模型，理论研究了WRC-FPLD在外部扰动下输出的混沌动力学状态。搭建相应的实验平台，实验研究了基于WRC-FPLD产生中心波长可调谐、混沌带宽可控的混沌信号的关键技术，优化了产生适合WDM保密通信的多通道低时延混沌信号的方案。（3）实验研究了两个WRC-FPLD之间的混沌同步，分析了注入功率、频率失谐等系统关键参数对同步性能的影响。进而在两个WRC-FPLD高质量混沌同步的基础上，构建了具有可切换混沌载波波长的混沌保密通信系统，研究了同步系数等参量对通信性能的影响。通过该项目的实施，在外部扰动下WRC-FPLD的非线性/混沌动力学的基础研究方面取得了一些突破和进展，在此基础上探索并掌握了基于WRC-FPLD的WDM混沌保密通信的相关实现方案。