一种光学混沌信号分离装置

本技术涉及光学信号处理，尤其涉及一种光学混沌信号分离装置。

背景技术：

1、光学混沌信号分离的应用中，需要从一组组合的光学混沌信号中提取出原始的光学混沌信号。而近年来，第一储备池层计算已被证明是从数据预测混沌系统的有效方法。由appeltant等人首先提出的基于延迟的rc(基于延迟的rc指在集成电路中由电阻r控制电容c充放电过程引起的信号延迟)由一个非线性物理节点和一个延迟反馈环路组成，被证明是一种有效且简单的硬件实现神经网络计算的方法。基于延迟的rc的许多硬件实现已经在实验和理论上得到证明，例如电子系统、光电系统、全光学系统和激光动力系统。

2、然而，如何将随后混合的光学混沌信号分离成它们的分量仍然面临新的挑战。与电混沌信号的分离相比，光混沌信号的分离面临更大的困难，因为光混沌信号具有比电混沌信号更快、更复杂的动力学行为和更高的维数。现有技术中存在无法分离混合的光学混沌信号的问题。

技术实现思路

1、本技术提供了一种光学混沌信号分离装置，能够稳定地分离混合的光学混沌信号。

2、本技术实施例提供了一种光学混沌信号分离装置，该装置包括多个信号发生链路、第一结合器、第二结合器、第一输入层模块、第二输入层模块、耦合模块、第一储备池层、第一分束器、第一输出层和第二输出层；

3、信号发生链路分别连接第一结合器和第二结合器；第一结合器和第一输入层模块连接，第二结合器和第二输入层模块连接；耦合模块分别连接第一输入层模块和第二输入层模块，耦合模块、第一储备池层和第一分束器依次连接，第一分束器分别连接第一输出层和第二输出层；

4、信号发生链路用于生成第一线性信号和第二线性信号，并将第一线性信号发送至第一结合器，将第二线性信号发送至第二结合器；第一结合器用于将多个第一线性信号进行结合，得到混沌叠加信号，并将混沌叠加信号发送至第一输入层模块；第二结合器用于将多个第二线性信号进行结合，得到混沌组合信号，并将混沌组合信号发送至第二输入层模块；

5、第一输入层模块用于对混沌叠加信号进行处理，得到离散叠加信号，并将离散叠加信号发送至耦合模块；第二输入层模块用于对混沌组合信号进行处理，得到离散组合信号，并将离散组合信号发送至耦合模块；耦合模块用于将离散叠加信号和离散组合信号进行耦合，得到光注入信号，并将光注入信号发送至第一储备池层；

6、第一储备池层用于对光注入信号进行延迟处理和反馈，并输出虚拟节点状态至第一分束器；第一分束器用于将虚拟节点状态分为第一虚拟节点状态和第二虚拟节点状态，并将第一虚拟节点状态发送至第一输出层，将第二虚拟节点状态发送至第二输出层；第一输出层用于对第一虚拟节点状态进行加权和线性求和，得到第一线性信号分离结果；第二输出层用于对第二虚拟节点状态进行加权和线性求和，得到第二线性信号分离结果。

7、进一步的，信号发生链路包括第一中性密度滤波器、第二中性密度滤波器以及依次连接的激光发生器、光隔离器和光纤偏振分束器，光纤偏振分束器分别连接第一中性密度滤波器和第二中性密度滤波器；第一中性密度滤波器与第一结合器连接，第二中性密度滤波器和第二结合器连接；激光发生器用于产生连续光载波；光隔离器用于防止连续光载波的反馈；光纤偏振分束器用于将连续光载波分为第一线性信号和第二线性信号；第一中性密度滤波器用于控制第一线性信号的光强，并将第一线性信号发送至第一结合器，第二中性密度滤波器用于控制第二线性信号的光强，并将第二线性信号发送至第二结合器。

8、进一步的，第一输入层模块包括第一输入层以及依次连接的第一连续波激光器、第一光隔离器、第一偏振控制器和第一相位调制器，第一输入层和第一结合器连接，第一相位调制器分别连接第一输入层和耦合模块；第一输入层用于将接收到的混沌叠加信号进行放大、采样和缩放，得到第一缩放信号，并将第一缩放信号发送至第一相位调制器；第一连续波激光器用于生成第一调制光载波；第一光隔离器用于防止第一调制光载波反馈回第一连续波激光器；第一偏振控制器用于控制第一调制光载波的偏振；第一相位调制器用于根据第一调制光载波对第一缩放信号进行相位调制，得到离散叠加信号，并将离散叠加信号发送至耦合模块。

9、进一步的，第一输入层包括依次连接的第一光电探测器、第一放大模块、第一采样模块、第一掩模模块和第一缩放模块，第一光电探测器和第一结合器连接，第一缩放模块和第一相位调制器连接；第一光电探测器用于将混沌叠加信号转换为第一混沌电信号；第一放大模块用于将第一混沌电信号进行放大，得到第一放大电信号；第一采样模块用于对第一放大电信号进行采样，得到第一采样电信号；第一掩模模块用于对第一采样电信号进行掩模，得到第一掩模信号；第一缩放模块用于根据预设比例因子对第一掩模信号进行缩放，得到第一缩放信号，并将第一缩放信号发送至第一相位调制器。

10、进一步的，第二输入层模块包括第二输入层以及依次连接的第二连续波激光器、第二光隔离器、第二偏振控制器和第二相位调制器，第二输入层和第二结合器连接，第二相位调制器分别连接第二输入层和耦合模块；第二输入层用于将接收到的混沌组合信号进行放大、采样和缩放，得到第二缩放信号，并将第二缩放信号发送至第二相位调制器；第二连续波激光器用于生成第二调制光载波，第二光隔离器用于防止第二调制光载波的反馈，第二偏振控制器用于控制第二调制光载波的偏振，第二相位调制器用于根据第二调制光载波对第二缩放信号进行相位调制，得到离散组合信号，并将离散组合信号发送至耦合模块。

11、进一步的，第二输入层包括依次连接的第二光电探测器、第二放大模块、第二采样模块、第二掩模模块和第二缩放模块，第二光电探测器和第二结合器连接，第二缩放模块和第二相位调制器连接；第二光电探测器用于将混沌组合信号转换为第二混沌电信号；第二放大模块用于将第二混沌电信号进行放大，得到第二放大电信号；第二采样模块用于对第二放大电信号进行采样，得到第二采样电信号；第二掩模模块用于对第二采样电信号进行掩模，得到第二掩模信号；第二缩放模块用于根据预设比例因子对第二掩模信号进行缩放，得到第二缩放信号，并将第二缩放信号发送至第二相位调制器。

12、进一步的，耦合模块包括依次连接的光纤偏振耦合器、光隔离器和中性密度滤波器，光纤偏振耦合器分别连接第一输入层模块和第二输入层模块，中性密度滤波器与第一储备池层连接；

13、光纤偏振耦合器用于将离散叠加信号和离散组合信号进行耦合，作为光注入信号，光隔离器用于防止光注入信号的反馈，中性密度滤波器用于控制光注入信号的光强，并将光注入信号发送至第一储备池层。

14、进一步的，第一储备池层包括带有光反馈和光注入功能的激光器、第三偏振控制器、第四偏振控制器、第一可变光衰减器、第二可变光衰减器、第一延迟线、第二延迟线和光纤耦合器；带有光反馈和光注入功能的激光器分别与耦合模块、第三偏振控制器、第四偏振控制器和光纤耦合器连接；第三偏振控制器、第一可变光衰减器和第一延迟线依次连接；第四偏振控制器、第二可变光衰减器和第二延迟线依次连接；第一延迟线和第二延迟线均与光纤耦合器连接，光纤耦合器和第一分束器连接；

15、带有光反馈和光注入功能的激光器用于根据接收到的光注入信号生成待反馈叠加信号和待反馈组合信号，将待反馈叠加信号发送至第三偏振控制器，将待反馈组合信号发送至第四偏振控制器；第三偏振控制器用于控制待反馈叠加信号的偏振，第四偏振控制器用于控制待反馈组合信号的偏振；第一可变光衰减器用于控制待反馈叠加信号的光强，第二可变光衰减器用于控制待反馈组合信号的光强；第一延迟线用于根据预设反馈时间对待反馈叠加信号进行延迟，得到第一延迟信号，并将第一延迟信号发送至光纤耦合器；第二延迟线用于根据预设反馈时间对待反馈组合信号进行延迟，得到第二延迟信号，并将第二延迟信号发送至光纤耦合器；

16、光纤耦合器用于将第一延迟信号和第二延迟信号耦合为虚拟节点状态，将虚拟节点状态发送至第一分束器；光纤耦合器还用于将第一延迟信号和第二延迟信号发送回带有光反馈和光注入功能的激光器。

17、进一步的，第一输出层包括互相连接的第三光电探测器和第一加权计算模块；第三光电探测器与第一分束器连接；第三光电探测器用于将第一虚拟节点状态转换为第一离散电信号，第一加权计算模块用于对第一离散电信号进行加权和线性求和，得到第一线性信号分离结果；

18、第二输出层包括互相连接的第四光电探测器和第二加权计算模块，第四光电探测器与第一分束器连接；第四光电探测器用于将第二虚拟节点状态转换为第二离散电信号，第二加权计算模块用于对第二离散电信号进行加权和线性求和，得到第二线性信号分离结果。

19、进一步的，该装置还包括：第三输入层模块、第四输入层模块、第二储备池层、第二分束器、第三输出层和第四输出层；第一输出层连接第三输入层模块，第二输出层连接第四输入层模块，第三输入层模块和第四输入层模块分别与第二储备池层连接，第二储备池层通过第二分束器分别连接第三输出层和第四输出层；第一储备池层还用于根据光注入信号进行训练，得到光注入信号的估计混沌信号占比，第一输出层还用于发送估计混沌信号占比到第三输入层模块，第二输出层还用于发送估计混沌信号占比到第四输入层模块；第三输入层模块用于将估计混沌信号占比和生成的第一掩模离散信号发送至第二储备池层，第四输入层模块用于将估计混沌信号占比和生成的第二掩模离散信号发送至第二储备池层；第二储备池层用于根据第一掩模离散信号、第二掩模离散信号和估计混沌信号占比得到第三虚拟状态节点和第四虚拟状态节点；第三输出层用于对第三虚拟状态节点进行加权和线性求和，得到第一线性信号分离结果；第四输出层用于对第四虚拟状态节点进行加权和线性求和，得到第二线性信号分离结果。

20、综上，与现有技术相比，本技术实施例提供的技术方案带来的有益效果至少包括：

21、本技术实施例提供的一种光学混沌信号分离装置，通过第一结合器将多路第一线性信号结合成一路混沌叠加信号，通过第二结合器将多路第二线性信号结合成一路混沌组合信号，混沌叠加信号和混沌组合信号即为现有技术中无法分离的、随后混合的光学混沌信号；对混沌叠加信号和混沌组合信号进行调制，得到离散叠加信号和离散组合信号；通过耦合模块将离散叠加信号和离散组合信号进行耦合得到光注入信号，通过第一储备池层对光注入信号进行计算和延迟，通过第一分束器将虚拟节点状态再次分离，对分离后的第一虚拟节点状态和第二虚拟节点状态进行计算，能够稳定地分离混沌叠加信号中的多路第一线性信号以及分离混沌组合信号中的多路第二线性信号，从而实现了稳定地分离混合的光学混沌信号的效果。