光通信源的相干檢測

摘要：為了提高光通信系統的可靠性，利用光反饋半導體激光器在自由空間產(chǎn)生了通信源，實(shí)驗中通過(guò)分析半導體激光器輸出的相干特性，實(shí)現了對光通信源性能的檢測。研究發(fā)現，無(wú)反饋時(shí)，激光器的輸出為單模振蕩，隨反饋強度的增加，系統的輸出經(jīng)周期區域進(jìn)入了混沌狀態(tài)，通信光源的相干性逐漸變弱。此時(shí)系統處于復雜的隨機變化狀態(tài)，系統的抗破譯能力強，利于隱藏信息，進(jìn)行保密通信傳輸。
關(guān)鍵詞：半導體激光器；通信源；相干；反饋

0 引言
近幾年，隨著(zhù)信息技術(shù)的迅猛發(fā)展，保密通信受到了人們的廣泛重視。繼無(wú)線(xiàn)電保密通信電路系統的應用后，逐漸出現了半導體激光器混沌系統在保密通信中的應用和發(fā)展。但是混沌保密通信的抗破譯能力與系統產(chǎn)生的混沌狀態(tài)密切相關(guān)，因此，有必要對這種產(chǎn)生混沌的光通信源的性能進(jìn)行檢測和研究?；煦绫Ｃ芡ㄐ乓螽a(chǎn)生的載波隨機性高，抗破譯能力較強，以使隱藏的信息不易被發(fā)現。這正是光通信系統混沌載波隨機變化特點(diǎn)的體現，而此狀態(tài)恰恰破壞了激光器的相干性?；诖?，本文在實(shí)驗中，利用光反饋半導體激光器產(chǎn)生了通信源，結合干涉理論，分析了系統輸出的相干特性，從而對這種光通信源的性能進(jìn)行了檢測。

1 實(shí)驗裝置
光通信源系統檢測的實(shí)驗裝置如圖1所示。實(shí)驗中半導體激光器LD(中心波長(cháng)為778nm)的輸出光經(jīng)透鏡校準后，經(jīng)過(guò)半波片被偏振分束器PBS分成兩束，一束被反射鏡M反射并耦合進(jìn)激光器，組成光通信系統源。另一束作為輸出光，經(jīng)光隔離器OI后，被分束器BS分成兩部分，其中一部分經(jīng)光電探測器PD后，用光譜分析儀OSA來(lái)實(shí)時(shí)觀(guān)測激光器的輸出光譜；另一部分進(jìn)入干涉器件M．I，檢測通信載波的相干特性，干涉后的波形經(jīng)PD后由實(shí)時(shí)示波器OSC來(lái)探測。

2 實(shí)驗結果及分析
實(shí)驗發(fā)現，在偏置電流一定的情況下，無(wú)反饋時(shí)，激光器的輸出為單模振蕩；隨著(zhù)反饋強度的增加，系統的輸出經(jīng)歷單周期，倍周期之后很快進(jìn)入了相干塌陷區，此時(shí)半導體激光器的相干性減弱。進(jìn)一步增加反饋，激光器的輸出進(jìn)入了混沌狀態(tài)，系統的相干性嚴重惡化。圖2表示混沌狀態(tài)時(shí)激光器輸出的光譜圖，從圖中可以看出，混沌狀態(tài)時(shí)的光譜展寬，激光器由穩定的單模振蕩變?yōu)槎嗫v模振蕩，同時(shí)系統的相干性減弱。

當出現隨機變化復雜無(wú)序的混沌載波時(shí)(如圖3(左)所示)，系統處于自由振蕩狀態(tài)，就可以把信號隱藏在其中，然后通過(guò)保密通信后可利用同步相減的方式，把信息破譯提取出來(lái)。圖3(右)表示被檢測的通信載波經(jīng)過(guò)干涉儀M．I隨光程差改變的時(shí)序圖?？梢?jiàn)系統的輸出處于隨機的混亂狀態(tài)，其相干性減弱，此時(shí)隱藏信息不易被發(fā)現。

圖4表示無(wú)反饋和混沌狀態(tài)時(shí)激光器的輸出經(jīng)過(guò)干涉儀M．I后隨光程差變化的時(shí)序對比，圖中上方的序列是無(wú)反饋時(shí)的情況，可見(jiàn)干涉加強和減弱的轉變比較明顯，其相干性好；而下方的是帶反饋的半導體激光器產(chǎn)生的混沌載波，可以看出其處于隨機混亂的無(wú)序狀態(tài)，干涉幅度變化較小，此時(shí)系統的相干性很弱，適合于隱藏信號進(jìn)行保密通信的應用，說(shuō)明半導體激光器可以作為光通信源。

3 結論
本文利用了干涉法對半導體激光器產(chǎn)生的光通信源進(jìn)行了干涉檢測。結果表明：光反饋半導體激光器產(chǎn)生的混沌載波序列具有較大的帶寬和無(wú)序復雜變化的隨機性，適合于對信息進(jìn)行隱藏，并且能提高系統的可靠性，利于保密通信。同時(shí)分析了反饋強度對光通信源輸出特性的影響。隨著(zhù)反饋強度的增加，半導體激光器的輸出由單模的穩態(tài)經(jīng)周期區進(jìn)入混沌狀態(tài)，其相干性逐漸變弱，此時(shí)系統處于復雜的隨機變化狀態(tài)，系統的抗破譯能力強，利于隱藏信息，進(jìn)行保密通信。因此，在上述實(shí)驗裝置中，改變反饋強度的同時(shí)，可以通過(guò)觀(guān)察光譜圖和分析干涉序列的方法，實(shí)現對光通信源方便、直觀(guān)目．快捷的檢測。