新型光纤频域混沌的原理与方法研究

论文摘要

混沌是非线性动力学系统所特有的一种运动形式,具有对初始状态极端敏感,貌似随机的特点,这使其在保密通信方面具有潜在的应用前景。在光学领域中可通过控制光学双稳系统产生混沌,这为混沌研究提供了一个简单有效的手段,但是传统光学混沌的实现方法主要集中在固定波长激光的强度和偏振的控制上,这在很大程度上阻碍了复杂混沌的产生和控制,而采用可调谐激光实现频域混沌可以从一个新的角度来开展复杂光学混沌的研究和应用。本论文深入研究了应用可调谐光纤激光器实现频域混沌的原理和方法。首次提出了新型的全光纤频域混沌的系统结构,并针对不同的光纤非线性强度调制器,建立了以光纤光栅,光纤Mach-Zehnder干涉仪,光纤Michelson干涉仪和光纤F-P干涉仪为核心的频域混沌振荡器的数学物理模型。在理论分析的基础上进行了细致的计算机软件仿真,确定了系统参数。实验上应用可调谐光纤激光器作为光源,用光纤无源器件构成非线性光强度调制单元,结合光电探测与放大电路构成的反馈单元,在引入不同反馈时间延迟的基础上实现了基于不同器件的光纤频域混沌振荡,对光纤频域混沌的理论和模型进行了验证。论文中对光纤频域混沌的实验现象进行了系统分析。实验结果表明,在光纤光学双稳和多稳系统中加入长延时反馈完全可以实现一种新型的应用波长引导非线性的复杂混沌信号发生器,这种装置具有结构简单和调谐方便的优点,能够通过波长对非线性进行精确的控制。光纤频域混沌维度高、振荡复杂,其系统与现有的光纤系统兼容性强。基于这些优点,本论文对频域混沌装置在光纤保密通信中的应用进行了分析和讨论,建立了一种具有很高的保密特性的通信方案,为实现保密通信应用打下基础。

论文目录

• 中文摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 混沌概述
• 1.1.1 混沌的发展和应用
• 1.1.2 光学混沌的发展
• 1.1.3 通向混沌的道路
• 1.2 频域光学混沌
• 1.2.1 光学双稳态
• 1.2.2 频域光学双稳态的进展
• 1.2.3 频域光学混沌的进展
• 1.3 研究意义
• 第2章 光纤频域混沌的理论模型
• 2.1 光纤频域混沌的物理机制
• 2.2 光纤频域混沌的数学模型
• 2.2.1 基于 FBG 的频域混沌
• 2.2.2 基于 FFP 的频域混沌
• 2.2.3 基于 FMZI 的频域混沌
• 2.2.4 基于 FMI 的频域混沌
• 2.3 本章小结
• 第3章 光纤频域混沌的实验
• 3.1 光纤频域混沌发生器的组成
• 3.2 光纤频域混沌的实验
• 3.2.1 基于 FBG 的频域混沌
• 3.2.2 基于 FFP 的频域混沌
• 3.2.3 基于 FMZI 的频域混沌
• 3.2.4 基于 FMI 的频域混沌
• 3.3 本章小结
• 第4章 光纤频域混沌在保密通信方面的设计
• 4.1 光学频域混沌保密通信的基本原理
• 4.2 光纤频域混沌的加密设计方案
• 4.3 光纤频域混沌的解密设计方案
• 4.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间所发表的学术论文