一种基于光学相位共轭的长距离激光混沌同步系统

本发明涉及光纤通信领域，具体涉及一种基于光学相位共轭的长距离激光混沌同步系统。

背景技术：

1、激光混沌具有类噪声特征、初始条件极为敏感、不可预测等特性，其在保密通信、高速物理随机数等领域存在重要应用。在激光混沌保密通信中可以利用混沌激光的类噪声特征隐藏有用信息，或者利用利用混沌激光产生的高速物理随机数对传输信息加密。不管那种方式，为兼容现有光纤通信系统架构、匹配现有光纤通信距离和速率均需构建长距离高质量的激光混沌同步。2005年欧盟团队基于半导体激光器实现了1gbit/s ook信号、120公里的保密传输（nature, 2005, vol.438, pp.343~346），2010又实现了2.5gbit/s ook信号、120公里保密传输（optics express, 2010, vol.18, pp.5188-5198）。2010年法国团队基于光电振荡器实现了速率10gbit/s ook信号、100公里的混沌保密传输（ieee journalof lightwave technology, 2010, vol.28, pp.1430~1435），随后国内团队实现了30gbit/s ook信号、100公里的混沌保密传输（optics letter, 2018, vol.43, pp.1323~1326）。已报道的激光混沌保密通信系统和方法，均采用单跨式（传输链路为单段光纤，无中继功能）、ook调制方式和单偏振态传输方式，最大传输速率为30gbit/s，混沌同步和通信的最长距离仅100公里左右。由于受限于链路色散和非线性的限制，上述方案无论从传输速率还是传输距离方面，与现有常规光纤通信系统（单波传输速率≥100gbit/s，传输距离几百~几千公里）相比还有相当大的差距。最近，国内团队采用电域色散补偿技术（ieee journalof lightwave technology, 2020, vol.38, pp.4648~4665）、色散补偿光纤（opticsletter, 2022, vol.44, pp.913~916）等实现百公里级甚至千公里级的混沌同步及通信。但是，这些激光混沌同步系统或多或少需要改变现有光纤通信系统架构。

2、因此，在尽可能兼容现有光纤通信系统架构基础上，降低链路色散和非线性的影响，构建长距离多跨段激光混沌同步系统对实现激光混沌通信的高速、长距离和实用化十分必要。

技术实现思路

1、本发明提供了一种基于光学相位共轭的长距离激光混沌同步系统，通过光学相位共轭降低传输链路色散和非线性对混沌驱动信号的损伤，延长激光混沌同步的距离和提升同步质量。为实现本发明的目的，本发明的系统如下：

2、一种基于光学相位共轭的长距离激光混沌同步系统，包括：混沌驱动光源、发送端混沌激光源、传输链路和接收端同步混沌光源。

3、所述传输链路包括：掺铒光纤放大器、光纤和光学相位共轭器；

4、所述光学相位共轭器包括：泵浦光源、非线性介质、光耦合器和光学滤波器；

5、混沌驱动光源发射出来的驱动激光经过耦合器等分为两路。一路注入到发送端混沌激光源产生发送混沌激光。另一路注入到长距离光纤传输链路。为实现长距离光纤传输后发送端和接收端激光混沌的高质量同步，光纤传输链路由前半段光纤链路、后半段光纤链路和光学相位共轭器三部分构成。其中，传输链路前半部分和后半部分均由等长的多段光纤构成，每段光纤的损耗由对应光纤放大器补偿。光学相位共轭器由泵浦光源、非线性介质、光耦合器和光学滤波器构成。经过前半部分光纤传输后的信号光和泵浦光在非线性介质中通过四波混频作用产生一个与信号光相位共轭的闲频光。然后，经光滤波器滤出闲频光后送入后半部分光纤链路传输至接收端以驱动接收端同步混沌光源产生同步混沌激光。由于信号光和闲频光具有相位共轭关系且传输链路具有对称性，混沌驱动信号在传输链路前半部分和后半部分经历相反的色散、非线性等损伤，从而可以尽可能地降低传输链路对混沌驱动信号的损伤，延长激光混沌同步的距离和提升同步质量。

6、优选的，同步方式采用共驱注入同步方式；

7、优选的，混沌驱动光源可以是任意宽带随机光源；

8、优选的，发送端混沌激光源和接收端同步混沌光源的工作方式可以采用开环方式或闭环方式；混沌反馈方式可以采用传统光学反馈、相位共轭反馈中的一种。

9、优选的，光学相位共轭器采用四波混频方式实现，其中泵浦方式可以采用单泵浦结构、双泵浦结构中的一种；非线性介质可以采用半导体光放大器、高非线性光纤和非线性波导中的一种。

10、相对于现有技术，本发明的有益技术效果在于：本发明通过使用共驱动源混沌同步方式设计激光混沌同步系统，采用光学相位共轭技术实现光纤链路中色散与非线性进行补偿，从而降低传输链路色散和非线性对混沌驱动信号的损伤，延长激光混沌同步的距离和提升同步质量。本发明同现有的方案相比，在全光环境，能够完全补偿二阶色散并且抑制非线性效应；共驱动源的系统结构，保证了同步系统的安全性、保密性，在混沌注入方式由传统光注入改为相位共轭注入时，还能够隐藏混沌时延特征；另外，本方案可以最大限度地兼容现有光纤通信系统架构基础。

11、为使本申请的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。

技术特征：

1.一种基于光学相位共轭的长距离激光混沌同步系统，其特征在于：包括混沌驱动光源、发送端混沌激光源、传输链路和接收端同步混沌光源，

2.根据权利要求1所述的一种基于光学相位共轭的长距离激光混沌同步系统，其特征在于，采用共驱注入同步方式。

3.根据权利要求1所述的一种基于光学相位共轭的长距离激光混沌同步系统,其特征在于，混沌驱动光源可以是任意宽带随机光源。

4.根据权利要求1所述的一种基于光学相位共轭的长距离激光混沌同步系统，其特征在于，发送端混沌激光源和接收端同步混沌光源的工作方式可以采用开环方式或闭环方式；混沌反馈方式可以采用传统光学反馈、相位共轭反馈中的一种。

5.根据权利要求1所述的一种基于光学相位共轭的长距离激光混沌同步系统，其特征在于，利用四波混频实现光学相位共轭器时，泵浦方式可以采用单泵浦结构、双泵浦结构中的一种；非线性介质可以采用半导体光放大器、高非线性光纤和非线性波导中的一种。

技术总结
本发明提供了一种基于光学相位共轭的长距离激光混沌同步系统，混沌驱动光源发射出来的驱动激光经过耦合器等分为两路，一路注入到发送端混沌激光源产生发送混沌激光。另一路经长距离光纤链路传输后注入到接收端混沌激光源产生与发送端同步的混沌激光。为实现长距离光纤传输后发送端和接收端激光混沌的高质量同步，光纤传输链路由三部分构成，在传输链路的中间构建一个光学相位共轭器从而实现链路损伤的补偿，提升长距离传输后激光混沌的同步质量。本发明可在最大限度兼容现有光纤通信架构下，延长激光混沌同步的距离和提升同步质量。

技术研发人员：易安林,刘文鑫,闫连山,罗斌,潘炜,蒋林
受保护的技术使用者：西南交通大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/12