[发明专利]一种基于高阶模的二进制空间混沌激光通信系统和控制方法

说明书

本发明公开了一种基于高阶模的二进制空间混沌激光通信系统和控制方法，利用多高阶横模，实现二进制编码，替代传统的基横模光进行混沌通信传输。系统包括信号发射模块、传输模块和接收模块，其中，发射模块以包含马赫曾德电光调制器的光纤环路构建混沌载波，信号源发出包含二进制编码信息的信号光，经耦合器耦合，将输出信号传输至自由空间；再由具有和发射模块对称结构的接收模块接收、解调得到目标信号。本发明加密方式新颖，具有较强的保密性；利用多横模进行二进制编码，两种状态区别显著，抗噪声干扰能力强；利用夫琅禾费效应抵抗远场传输过程中产生的退化，实现远距离自由空间传输；利用高阶模达到更低的耦合损耗，有效降低通信误码率。

技术领域

本发明涉及混沌激光通信领域，特别是一种基于高阶模的二进制空间混沌激光通信系统和控制方法。

背景技术

混沌现象是非线性系统中出现的确定性的、类随机的过程，即在确定性非线性系统中不需要附加任何随机因素亦可出现类似随机行为。根据混沌序列对初始条件的敏感性，可用于多址通信；它的类噪声特性使混沌信号能够隐藏有用信息，可提高通信系统的保密性；它的可以准确再生的特性，可以用于混沌掩盖和信号恢复。而光纤通信系统具有速率高、容量大、中继距离远、抗电磁干扰等诸多优点。混沌激光通信将混沌与光纤通信结合，通过光学混沌产生高带宽的混沌激光载波，可以实现高速率、远距离的保密通信。

在激光器谐振腔中,把垂直于传播方向上某一横截面上的稳定场分布称为横模,即横截面上光强的分布。我们可以利用横模的不同状态进行信息传递。传统的混沌通信系统中多采用色散小、单色性好的基横模(即零阶模，TEM00)，控制其强度、相位来进行信息的传输，因此系统对发射端和接收端的同步程度要求很高。此外，基横模在器件与器件之间、器件与光纤之间的耦合损耗较高。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：

为了解决混沌激光通信系统加密方式传统、误码率高的问题，本发明提出一种基于高阶模的二进制空间混沌激光通信系统和控制方法。

本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案：

本发明提出一种基于高阶模的二进制空间混沌激光通信系统，包括发射模块、传输模块和接收模块，

所述发射模块用于利用不同高阶模的激光将数字信号编码成信号光，并将信号光与混沌载波耦合成混沌编码信号发送；

所述传输模块用于无线传输所述混沌编码信号；

所述接收模块用于对所述混沌编码信号进行接收、解调、识别。

如前所述的一种基于高阶模的二进制空间混沌激光通信系统，进一步地，所述发射模块包含第一激光器、第二激光器、第一电光调制器、第一耦合器、第一掺铒光纤放大器、第一光纤延迟线、第一光探测器、第一直流偏置；

所述第二激光器连接第一电光调制器的输入端，第一电光调制器的输出端连接至第一耦合器的一个输入端；第一激光器连接至第一耦合器的另一个输入端；所述第一耦合器的输出分两路，一路连接第一掺铒光纤放大器的输入端；另一路依次连接第一光纤延迟线、第一光探测器、第一直流偏置，然后接入第一电光调制器的电极，构成光纤环回路。

如前所述的一种基于高阶模的二进制空间混沌激光通信系统，进一步地，所述传输模块包含第一多模光纤、自由空间和第二多模光纤；

所述第一掺铒光纤放大器的输出端连接第一多模光纤的一端，所述第一多模光纤的另一端连接自由空间；第二多模光纤的一端用于从所述自由空间接收信号光，另一端连接至接收模块。

如前所述的一种基于高阶模的二进制空间混沌激光通信系统，进一步地，所述接收模块包括：第二耦合器、第二光纤延迟线、第二光探测器、第二直流偏置、第二电光调制器、第三激光器、第三光探测器、第四光探测器、加法器、滤波器；