外腔反饋半導(dǎo)體激光器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、動(dòng)態(tài)特性豐富、穩(wěn)定性好，已成為高速真隨機(jī)密鑰產(chǎn)生、混沌保密通信、高精度雷達(dá)測(cè)距以及混沌光時(shí)域反射儀等應(yīng)用中最廣泛使用的光源。然而，外腔諧振導(dǎo)致混沌信號(hào)具有反饋時(shí)延特征、暗含周期性，將降低混沌通信系統(tǒng)的安全性、削弱產(chǎn)生的隨機(jī)數(shù)的無(wú)序性。因此，混沌半導(dǎo)體激光器時(shí)延信息的隱藏已成為混沌應(yīng)用中亟待解決的問(wèn)題。針對(duì)此問(wèn)題，本文利用功率譜分析法，首先研究了最簡(jiǎn)單的鏡面反饋邊發(fā)射半導(dǎo)體激光器（EEL）時(shí)延信息能否被抑制。然后，探索了時(shí)延信息能被隱藏的濾波反饋方案。主要工作及結(jié)果總結(jié)如下：1)實(shí)驗(yàn)和數(shù)值模擬研究了鏡面光反饋混沌EEL時(shí)延信息的提取。利用我們提出的功率譜分析方法，針對(duì)已有研究提出的可以抑制或隱藏時(shí)延信息的情形，發(fā)現(xiàn)鏡面光反饋混沌半導(dǎo)體激光器時(shí)延信息是可以識(shí)別的。同時(shí)研究發(fā)現(xiàn)：時(shí)序分析方法自相關(guān)函數(shù)法（ACF）和互信息法（MI）能否識(shí)別時(shí)延信息取決于時(shí)間序列的長(zhǎng)度。選取足夠長(zhǎng)的時(shí)序進(jìn)行時(shí)域分析，ACF和MI也能提取出上述情形的時(shí)延信息。此外，功率譜分析法可以識(shí)別ACF和MI不能識(shí)別的單反饋和雙反饋τ1:τ2≈1:2且FPR1> FPR2的情形。因此，基于功率譜分析方法研究結(jié)果表明，對(duì)于固定時(shí)延反饋的混沌半導(dǎo)體激光器系統(tǒng)，時(shí)延信息是無(wú)法被抑制的。2)提出了濾波光反饋混沌邊發(fā)射半導(dǎo)體激光器可以隱藏時(shí)延信息。數(shù)值模擬分析了濾波器參數(shù)（濾波器的線(xiàn)寬和頻率失諧量）、反饋外腔參數(shù)（反饋強(qiáng)度和外腔長(zhǎng)度）對(duì)時(shí)延信息識(shí)別的影響。模擬結(jié)果表明：在相同反饋強(qiáng)度下，濾波反饋時(shí)延信息比鏡面反饋時(shí)延信息難于識(shí)別。初步的實(shí)驗(yàn)結(jié)果也證實(shí)了這一點(diǎn)。3)提出了濾波光反饋垂直腔面激光器（VCSEL）時(shí)延信息隱藏方案�；谧孕崔D(zhuǎn)模型（SFM），擴(kuò)展建立了濾波光反饋VCSEL的速率方程。數(shù)值模擬結(jié)果表明：在相同的反饋速率下，鏡面反饋VCSEL的時(shí)延信息可以容易地提取出來(lái)；而濾波反饋VCSEL的時(shí)延信息，當(dāng)聯(lián)合選擇合適的濾波器參數(shù)（濾波器的線(xiàn)寬、頻率失諧）時(shí)，時(shí)延信息是可以被隱藏的。此外，詳細(xì)分析了濾波器的線(xiàn)寬和頻率失諧，對(duì)濾波反饋VCSEL時(shí)延信息抑制的影響。結(jié)果表明：濾波器線(xiàn)寬越窄，時(shí)延信息越容易被隱藏；濾波器與VCSEL的頻率失諧較大時(shí)，時(shí)延信息可以被抑制。

 

太原理工大學(xué)山西省211工程院校

 

頁(yè)數(shù)：111

 

【學(xué)位級(jí)別】：博士

 

文章目錄

摘要

ABSTRACT

第一章 緒論

    1.1 論文研究背景及意義

    1.2 光反饋半導(dǎo)體激光器的研究進(jìn)展

        1.2.1 光反饋半導(dǎo)體激光器混沌激光動(dòng)態(tài)特性研究現(xiàn)狀

        1.2.2 光反饋半導(dǎo)體激光器混沌激光應(yīng)用研究現(xiàn)狀

    1.3 光反饋半導(dǎo)體激光器時(shí)延特征的研究進(jìn)展

    1.4 本論文主要研究?jī)?nèi)容

第二章 典型識(shí)別時(shí)延信息的方法

    2.1 引言

    2.2 時(shí)域分析方法

        2.2.1 自相關(guān)函數(shù)

        2.2.2 互信息

        2.2.3 排列熵

        2.2.4 預(yù)測(cè)誤差

        2.2.5 極值統(tǒng)計(jì)

    2.3 頻域分析法——功率譜分析法

        2.3.1 功率譜密度

        2.3.2 維納辛欽定理

        2.3.3 時(shí)延信息的提取

第三章 功率譜分析方法識(shí)別光反饋半導(dǎo)體激光器時(shí)延信息

    3.1 光反饋半導(dǎo)體激光器的外腔時(shí)延特征

    3.2 光反饋混沌半導(dǎo)體激光器時(shí)延信息識(shí)別的實(shí)驗(yàn)研究

        3.2.1 實(shí)驗(yàn)裝置

        3.2.2 單反饋半導(dǎo)體激光器時(shí)延信息識(shí)別的實(shí)驗(yàn)結(jié)果

        3.2.3 雙反饋半導(dǎo)體激光器時(shí)延信息識(shí)別的實(shí)驗(yàn)結(jié)果

        3.2.4 單反饋與雙反饋τ1:τ2≈1:2 時(shí)延信息識(shí)別的比較

    3.3 光反饋混沌半導(dǎo)體激光器時(shí)延信息識(shí)別的數(shù)值分析

        3.3.1 光反饋半導(dǎo)體激光器理論模型

        3.3.2 單反饋半導(dǎo)體激光器時(shí)延信息識(shí)別的數(shù)值模擬結(jié)果

        3.3.3 雙反饋半導(dǎo)體激光器時(shí)延信息識(shí)別的數(shù)值模擬結(jié)果

    3.4 討論與結(jié)論

第四章 濾波反饋邊發(fā)射半導(dǎo)體激光器時(shí)延信息抑制的研究

    4.1 引言

    4.2 理論模型

    4.3 濾波光反饋混沌半導(dǎo)體激光器時(shí)延信息隱藏的結(jié)果

    4.4 參數(shù)影響

        4.4.1 濾波器線(xiàn)寬對(duì)濾波反饋 EEL 時(shí)延信息隱藏的影響

        4.4.2 濾波器頻率失諧對(duì)濾波反饋 EEL 時(shí)延信息隱藏的影響

        4.4.3 反饋強(qiáng)度對(duì)濾波反饋 EEL 時(shí)延信息隱藏的影響

        4.4.4 時(shí)間延遲對(duì)濾波反饋 EEL 時(shí)延信息隱藏的影響

    4.5 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

    4.6 結(jié)論

第五章 濾波光反饋 VCSEL 時(shí)延信息抑制的研究

    5.1 引言

    5.2 VCSEL 理論模型

        5.2.1 VCSEL 的自旋反轉(zhuǎn)模型（SFM）

        5.2.2 濾波反饋 VCSEL 速率方程模型

    5.3 濾波反饋 VCSEL 與鏡面反饋 VCSEL 時(shí)延信息抑制結(jié)果比較

    5.4 濾波器參數(shù)對(duì)濾波反饋 VCSEL 時(shí)延信息抑制的影響

        5.4.1 線(xiàn)寬對(duì)濾波反饋 VCSEL 時(shí)延信息抑制的影響

        5.4.2 頻率失諧對(duì)濾波反饋 VCSEL 時(shí)延信息抑制的影響

    5.5 結(jié)論

第六章 總結(jié)和展望

    6.1 工作總結(jié)

    6.2 未來(lái)工作展望

參考文獻(xiàn)

致謝

攻讀博士學(xué)位期間已發(fā)表的學(xué)術(shù)論文

 

參考文獻(xiàn)

 

期刊論文

 

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