Secure Communication System Based on Chaos in Optical Fibre
混沌通信系统是一种利用非线性动力学原理中的混沌特性来实现安全通信的技术。近年来,基于光纤激光器产生的同步混沌的生成及其在安全通信系统中的应用受到了强烈的研究兴趣。早期的研究主要集中在两个方面:一是忽略了传输通道(即光纤)对混沌信号传输的影响;二是混沌和信号通常由单一波长承载。 本文作者Pak L. Chu、Fan Zhang、William M. S.以及其他合作者在《光学学报》上发表了他们的研究成果,报告了他们对混沌通信系统的研究,其中包括考虑了传输光纤的色散和非线性效应。同时,他们实现了在单一光纤激光器中同时生成两个由不同波长承载的混沌信号,这一进展为将波分复用(WDM)技术应用于混沌通信奠定了基础。 混沌通信系统通常利用混沌信号的宽频带特性以及难以预测和复制的非周期性来提供一种安全的通信方式。传统的同步混沌通信系统示意图中,一个光纤环形激光器在发射端产生混沌,并由接收端的近似相同的环形激光器产生同步的混沌信号。信号通过电光调制器引入系统中。接收端是一个开环系统,其中包含掺铒光纤、泵浦激光器以及光纤耦合器等,这些与发射端的相应部件相同。传输光纤的耦合比C和连接接收端掺铒光纤与光电探测器的光纤耦合器在混沌同步中扮演着重要角色。 传统的混沌通信系统存在的局限性之一是传输光纤长度有限,一般在几十米的量级。这样的传输光纤长度导致其色散和非线性效应可以忽略不计。传统设计下,用于产生混沌的光纤激光器往往仅设计为在一个波长上振荡。 本文的研究突破在于将混沌同步通信系统中的传输光纤的色散和非线性效应考虑在内。研究者们构建了一个在单个光纤激光器中同时产生两个分别由不同波长承载的混沌的系统,从而为波分复用技术应用于混沌通信领域开启了大门。研究者通过实验表明,这样的系统在保持了传统混沌通信系统安全性的基础上,还能够实现信号的多波长传输,增加了通信的容量。 在进一步阐述单波长混沌通信系统的同时,文章也指出了在接收端使用开环系统的合理性。接收端虽然为开环,但是系统中的掺铒光纤、泵浦激光器和光纤耦合器等元件与发射端相同,确保了信号在接收端能够产生与发射端相似的同步混沌响应。这样,通过调整传输光纤和接收端连接掺铒光纤与光电探测器的耦合器的耦合比,可以优化混沌同步的质量。 此外,通过实验验证了这一系统的工作原理,强调了利用光纤激光器的混沌特性来传输信号的可行性。研究者们展望,随着未来通信技术的发展,这种基于光纤中混沌特性的通信系统可能成为提升通信安全性的关键技术。通过波分复用技术的应用,可以在同一光纤链路中同时传输多个波长的混沌信号,大幅度提升信息传输的效率和安全性。 总结来说,这项研究不仅在理论上对混沌通信技术进行了深入探索,而且在实验上实现了创新,为混沌通信的实际应用拓展了新的可能性,尤其在提高通信系统安全性和扩展通信容量方面展现了重要价值。随着相关技术的不断成熟,这类基于光纤中混沌特性的通信系统有望在未来的高速、安全的数据通信领域发挥重要作用。
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