[发明专利]基于混沌相干掩模的保密通信系统

说明书

本发明属于光纤通信领域中的混沌保密通信技术领域，公开了一种基于混沌相干掩模的保密通信系统，包括驱动光源、响应激光器一、第一连续光激光器、第一I/Q调制装置、串并转换装置、第一波分复用器、长距离光纤链路、第二波分复用器、响应激光器二、第三光电探测器、第四光电探测器、第二I/Q调制装置、第二连续光激光器、第一90°混频器、第二90°混频器、第一平衡探测器、第二平衡探测器和并串转换装置。本发明通过共同驱动实现驱动与响应激光器不同步，响应激光器间高质量混沌同步；发送端信息隐藏于混沌信号后对连续光载波进行IQ调制，接收端通过混沌同步实现混沌信号的解调，再通过相干解调得到信息，能够实现安全高速的混沌保密通信。

技术领域

本发明属于光纤通信领域中的混沌保密通信技术领域，具体涉及一种基于混沌相干掩模的保密通信系统。

背景技术

混沌光通信由于具有硬件加密、与现行光通信系统兼容、适用于高速（Gbit/s）、长距离（km）保密通信等优点受到广泛关注。2005年在120公里光纤链路上进行了加密传输速率为1Gb/s的基于半导体激光器混沌通信的现场实验（Nature,Vol.438,P.343-346,2005.）。2010年基于光电振荡器(OEO)的混沌通信的现场实验在超过100公里的链路上实现的信息传输速率为10 Gb /s（IEEE J. Quantum Electron,Vol.46,P.1430,2010.）。然而，混沌光通信的速率仍远低于传统相干光通信100Gb/s以上的传输速率。因此，混沌保密通信的关键问题之一是提高混沌光通信速率。

常用的提高光混沌通信速率的方法有以下两种。一是提高混沌载波带宽：混沌半导体激光器的带宽受弛豫频率限制，通过外部光注入可使半导体激光器的混沌带宽提高三倍，达到20GHz左右，例如文献Opt. Express, Vol. 23, P.1470, 2015.和Opt. Lett,Vol. 34, P.1144, 2009。此外，例如文献Opt. Lett, Vol. 36, P.2833, 2011.，在OEO系统中使用双延迟反馈的正交移相键控调制使其混沌带宽也提高到了13GHz。但是，进一步增强带宽需要复杂的系统结构或高速光电子设备，从而增加设备的成本与设备集成化的难度。另一种提高混沌通信速率的有效方法是采用正交振幅调制(QAM)等高阶调制方法。相干光通信中的光学QAM能够实现更高的调制速率和更大的容量。目前，利用OEO系统的强度混沌隐藏强度调制的双二进制信号和电16QAM信号可实现30Gb/s的加密信息传输，参见文献Opt. Lett, Vol. 43, P.1323, 2018.和Opt. Lett, Vol. 44, P.5776, 2019。但是上述OEO系统仅使用光载波的强度而未使用光载波的相位，此外OEO系统结构复杂，成本高昂，不利于实用化和集成化。而半导体激光器结构简单、成本低，是目前混沌保密通信研究中最常用的收发机，但却尚未实现联合光载波的强度和相位的多维光学QAM等高阶调制方式，其加密速率、传输信息的安全性也有待进一步提高。因此，寻找一种结合半导体激光器混沌通信和相干光通信来提高信息传输速率、保证传输信息的安全性的方案是十分必要的。

发明内容

本发明克服现有技术存在的不足，所要解决的技术问题为：提供一种通信速率高、安全性高的基于混沌相干掩模的保密通信系统。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：一种基于混沌相干掩模的保密通信系统，包括驱动光源、第一耦合器、响应激光器一、第二耦合器、第一光电探测器、第二光电探测器；第一加法器、第二加法器、第一连续光激光器、第一I/Q调制装置、串并转换装置、第一波分复用器、长距离光纤链路、第二波分复用器、响应激光器二、第三光耦合器、第三光电探测器、第四光电探测器、第二I/Q调制装置、第三耦合器、第二连续光激光器、第一90°混频器、第二90°混频器、第一平衡探测器、第二平衡探测器和并串转换装置；

所述驱动光源发出的光经第一耦合器分为两束后，分别注入所述响应激光器一和响应激光器二使其产生混沌光输出；