基于双光反馈半导体激光器获取高复杂度混沌光

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近年来,基于半导体激光器产生的混沌激光在保密通信、混沌雷达、超高速随机数产生等领域展现出巨大的应用前景而受到了人们的广泛关注。在一般情况下,通过引入光反馈、光注入、光电反馈等一种或多种外部扰动,半导体激光器可实现混沌输出。与其它方式相比,光反馈方式容易获得各种复杂的混沌输出,且实现装置比较简单,因而逐步成为目前基于半导体激光器获取高质量混沌激光的主要方案之一。研究如何从这种系统中获得复杂度高的混沌输出,无论是对于提升混沌保密通信的安全性能,还是对于改善基于混沌激光产生的超高速随机数的统计性能等方面均具有重要意义。本文首先对混沌的定义、混沌的基本特征、通向混沌的道路等基本知识进行了简单介绍;同时分析了在外部扰动下,基于半导体激光器的激光混沌的产生;然后系统的阐述了评价激光混沌复杂度高低的工具。在本文中,我们重点提出了一种基于半导体激光器在双光反馈作用下获取高复杂度的混沌激光的方案,并利用排列熵(Permutation Entropy,PE)的方法对激光混沌的复杂度高低进行了分析,同时与单光反馈情形下所得的结果进行了比较。研究结果表明:反馈强度和反馈延迟时间对激光器的混沌输出的复杂度均有较大影响。当两个光反馈的延迟时间近似相等而差值约为激光器弛豫振荡周期一半时,即τ1-τ2≈±1/2τRO,混沌光的PE特征值达到最大,具有最高的复杂度。调节双光反馈的强度值,混沌光的PE特征值将随反馈强度的增加而首先快速增大,然后再缓慢降低,单光反馈的规律与之相似。在一定范围内优化双光反馈强度值,PE特征值可取得最大值,从而得到高复杂度的混沌光输出。但在相同的反馈强度下,双光反馈获得的混沌光的复杂度高于单光反馈所获得的混沌光的复杂度,并且在一个较大的反馈强度范围内(8ns-1-36ns-1),双光反馈获得的混沌光的复杂度高于单光反馈时得到的最高值。因此,与单光反馈系统相比,采用双光反馈系统更有利于获得更高复杂度的激光混沌输出从而在一定程度上更能确保系统的安全性能。
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