[发明专利]基于TWDM-PON的双向混沌保密通信系统及通信方法

说明书

本发明公开了一种基于TWDM‑PON的双向混沌保密通信系统及通信方法，是将一束连续激光注入到带有外腔随机光栅反馈的无隔离器多纵模半导体激光器中，实现无延时特征多模混沌激光的频谱展宽；光通过多路分光器分为多路，三路一组进行分组，每组均与正向多路信息加载传输解调部分和反向多路信息加载传输解调部分连接；将其用波分复用器按纵模波长分开，作为多路通信的混沌激光载波；每组的三路光形成两个闭环结构，分别用于实现正向及反向多路信息加载传输解调。本发明不仅可以实现多用户双向的保密通信，而且可以加载高速的信息，极大的提升了用户的数量，满足了用户的需求。

技术领域

本发明涉及宽带混沌激光通信领域，具体为一种基于TWDM-PON的双向混沌保密通信系统及通信方法，可用于混沌激光波分复用保密通信。

背景技术

混沌激光具有初值敏感、不可预测、宽频谱、高能量等特性，使其在信息安全领域具有很重要的应用。例如，混沌保密通信，高速真随机码产生等。在混沌保密通信的研究中，人们利用混沌激光宽带、大幅度的特性将其应用于混沌光保密传输，相继成功实现了一路单向信息速率为1Gb/s[Nature, Vol. 17, p. 348, 2005]，2.5 Gb/s[Opt. Express,Vol. 18, p. 5188-5198, 2010]及10Gb/s[IEEE J. Quantum Electron., Vol. 46, p.1430-1435, 2010]的保密传输。为实现高速的信息保密传输通常需要构建宽带的混沌激光同步，然而宽带混沌激光的同步很难实现，且宽带混沌激光易受到光纤色散的影响，使得同步质量退化，进而引入噪声令解调信息的信噪比降低[J. Lightwave Technol., Vol. 28,p. 2688, 2010]。利用二进制格式调制研究人员在10GHz带宽同步的混沌激光上实现了一路单向加载30Gb/s的信息传输 [Opt. Lett., Vol. 43, p. 1323-1326, 2018]。

在实际通信系统中，合法通信双方不仅需要单向通信，更需要的是双向的安全通信。最初构建双向通信系统是利用两个激光器互耦合同步实现的，但该结构下混沌同步不稳定，对激光器参数和耦合强度要求较高[Phys. Rev. Lett., Vol. 86, p. 795-798,2001]。因此，在随后的研究中在互耦合激光器的基础上添加了对称的外腔镜面反馈，在较大反馈-耦合参数范围内能够实现稳定的等时混沌激光输出[Phys. Rev. E, Vol. 73, p.066214, 2006]。同样基于互耦合镜面反馈结构，三个用户的双向通信已见报道[Opt.Comm. Vol. 423, p. 155-161, 2018]。为实现高速信息的加载，仍需构建宽带的混沌激光同步。在互耦合激光器的基础上，同时注入一束混沌激光，可展宽同步混沌激光的带宽，实现10Gb/s信息传输[Nolinear Dyn., Vol. 76, p. 399-407, 2014]。利用共同的混沌激光驱动两支无隔离器半导体激光器同步，并构建另外一条用于信息传输的光纤，亦可实现两个用户的双向10Gb/s通信[J. Lightwave Technol., Vol. 31, p. 461-467, 2013]。