[发明专利]一种能抑制时延特征的激光器网络同步增强方法

说明书

本发明公开了一种能抑制时延特征的激光器网络同步增强方法，具体为：将复杂激光器网络映射为一个由点和边组成的有向图，将有向图映射为能够描述网络整体拓扑结构特性的邻接矩阵；将复杂半导体激光器网络拓扑结构的拆分为集团间耦合和集团内部耦合两部分，并删除内部耦合链路，同时调节集团间耦合链路的长短，使得网络中的不同集团间的耦合时延具备异质性，进而在具有复杂拓扑结构的半导体激光器网络中实现集团同步稳定性的增强和混沌输出时延特征的抑制。本发明能够有效提高光通信网络的利用效率和安全性，拓展半导体激光器在未来全光通信网络中的潜在应用。

技术领域

本发明属于光通信网络技术领域，尤其涉及一种能抑制时延特征的激光器网络同步增强方法。

背景技术

随着信息和通信技术的发展，信息的安全性已越来越受到人们的广泛重视，如何提高通信网络的安全性已经成为学术界关注的热点话题。光源作为全光通信系统的一个关键器件，与光通信的发展密切相关。半导体激光器具有激光效率高、可直接调制、输出谱线范围宽、成本低、体积小且易集成等优点。同时，激光混沌信号又具有易实现、高带宽、类噪声、高复杂度、保密性高等诸多优势。因此半导体激光器网络是研究非线性动力学的极佳平台。目前，半导体激光器及其网络已经在高速随机数发生器以及远程安全密钥分发、类神经元动力学行为的生成、储备池计算、混沌雷达等领域都得到了广泛的应用。源于这些应用,半导体激光器耦合系统间的混沌同步吸引力了广泛的关注。同时随着网络中激光器数量的增加以及网络拓扑结构的复杂化，学者们发现了复杂半导体激光器网络中一种新的同步模式-集团同步。当复杂半导体激光器网络处于集团同步态时，只有属于同一集团内的激光器的混沌输出能够实现零时延同步，而不同集团间的激光器输出则互不相关，利用集团同步的这一特性有望实现信息网络中特定节点间的安全通信。因此探索复杂半导体激光器集团同步稳定性的增强机制，降低集团间的相关性能够拓展半导体激光器在安全光通信网络中的潜在应用，为提高光通信网络的安全性和效率提供理论和技术支撑。

产生高质量的激光混沌是增强激光混沌在各领域应用功效的关键，时延特征作为激光混沌系统非常重要的工作参数，目前的研究工作主要是集中在自反馈系统、光注入系统中实现时延特征的隐藏。包括在反馈链路中引入偏振旋转、相位扰动以及方向模式互换等机制削弱反馈光与内部光的相关性；同时也可以利用多腔反馈、色散反馈、随机反馈等方案，通过引入多维的反馈时间实现时延特征的抑制。然而有关复杂半导体激光器网络中时延特征隐藏的研究仍然较少。为适应现代通信网络化的发展趋势，探索能够在实现稳定集团同步的同时抑制时延特征的调控机制，提高半导体激光器网络在各领域应用的安全性具有重要的理论价值和实际需求。

传统的半导体激光器系统中比较常见的两种同步调控方案。如图1所示，通过在互注入半导体激光器系统中增加自反馈，进而实现稳定的混沌同步。利用平面镜在激光器1和激光器2中引入外腔反馈，使得激光器的输出为混沌态，进而在互注入半导体激光器系统中实现稳定的零时延同步。如图2所示，基于外光注入式的半导体激光器系统同步稳定性增强方案。通过引入驱动激光器_C，将激光器_C产生的光信号分别注入到激光器1和激光器2中，通过合理调节外部共同光注入信号的强度，半导体激光器1和半导体激光器2输出的混沌信号能够实现稳定的实时同步。

本发明要解决的主要技术问题是：

复杂半导体激光器网络的集团同步稳定性增强问题：与简单结构的激光器系统相比，复杂半导体激光器网络的同步研究着重强调网络拓扑结构对其动力学行为的影响，具有更高维的动力学自由度、更复杂的动力学耦合机制、更丰富的网络动力学现象。因此研究复杂拓扑结构下半导体激光器网络的同步调控，实现激光器网络的集团同步稳定性增强，具有十分重要的理论意义和实用价值。

半导体激光器网络混沌输出的时延特征隐藏问题：由于时延特征能够在激光器的混沌输出种引入重复的信息，从而抑制随机数发生器的随机性、降低混沌雷达的测距精度、削弱光通信系统的安全性。研究表明窃听者可通过自相关函数、延时互信息、符号时间序列分析等方法提取激光混沌系统输出的时延特征信息。因此，探索激光混沌输出的时延特征隐藏对于提高激光混沌在各领域的应用功效具有重要的理论价值和实际需求。