一种自由空间激光混沌同步系统的制作方法

本技术涉及通信，尤其涉及一种自由空间激光混沌同步系统。

背景技术：

1、随着大数据时代的到来，伴随着多种新型网络业务的激增，如人工智能、无人驾驶、云计算等。这些新型业务的出现也带来了互联网数据的爆发式增长。然而，现行微波通信受限于有限的频率资源，难以满足未来宽带数据传输的需求。自由空间光通信(fso)是一种以激光作为载波在自由空间中传递信息的无线通信方式，具有传输速率快、抗电磁干扰、频谱资源丰富等优点，已经成为新一代信息网络建设的重要技术。而在自由空间光通信的实际应用中，信道中存在的大气湍流效应会造成传输激光的漂移和闪烁等，严重影响通信性能，因此有必要研究有效的大气湍流效应抑制技术。另一方面，自由空间光通信的安全性容易受到大气散射和波束扩展的影响，大大增加了被拦截窃听的风险。

2、激光混沌信号具备初值敏感、宽频谱、类噪声等特性，因此可将激光混沌的参数作为密钥来实现对自由空间中传输信息的物理层加密，并且能够有效兼容上层加密机制，在自由空间光通信领域具有重要的应用价值。在实际应用中，进行激光混沌保密通信的原理是将小幅度信息信号隐藏在宽带混沌载波信号中，在接收端利用混沌同步、混沌滤波特性实现信息的隐蔽安全传输。因此，实现高质量、稳定的激光混沌同步时进行混沌保密通信的前提和核心基础。

3、2023年，苏黎世联邦理工学院联合巴黎萨克雷大学通过在接收端引入自适应光学技术，在53.42公里的自由空间信道中实现单载波通信速率高达0.94tbit/s的信息传输(doi:10.1038/s41377-023-01201-7),然而自适应光学技术存在着成本高、兼容性差等缺陷。此外，有关激光混沌保密通信技术的研究主要集中在光纤传输链路当中。中国专利cn206060781u公开了一种基于光纤环境利用光纤环境实现长距离激光混沌同步的技术。但是目前对自由空间激光混沌光通信的研究较少，因此基于自由空间信道的激光混沌同步技术发展缓慢。

技术实现思路

1、基于现有技术中存在的问题，本技术提供了一种自由空间激光混沌同步系统，本技术借助矢量光场结构的抗湍流特性，能够降低空间信道中湍流效应对系统的影响，提升系统在各种湍流强度下的同步性能。

2、为实现上述技术目的，本技术采用的技术方案为：

3、一种自由空间激光混沌同步系统，包括驱动模块、加密模块、调制模块、传输模块、解调模块、解密模块及信号采集模块；

4、所述驱动模块可至少产生第一信号与第二信号，所述第一信号注入加密模块驱动加密模块产生第三信号，第三信号为混沌加密信号；

5、所述第二信号为高斯光场结构，注入调制模块后被调制为第四信号，所述第四信号为矢量光场结构；

6、所述第四信号注入传输模块进行传输，所述传输模块包括自由空间信道；

7、所述解调模块与调制模块的空间结构具有解耦性，所述解调模块可接收第四信号，并将第四信号解调为第二信号；

8、所述第二信号注入解密模块，驱动解密模块产生第五信号，第五信号为与第三信号同步的混沌解密信号；

9、所述信号采集模块可采集分析第三信号与第五信号。

10、作为一种优选方案，所述驱动模块包括主激光器(drive laser，dl)、第一偏振控制器(polarization controller，pc1)、第一光纤耦合器(fiber coupler，fc1)、第二光纤耦合器(fiber coupler，fc2)、第一可调光衰减器(variable optical attenuator,voa1)、光纤反射镜(mirror,m)，掺铒光纤放大器(erbium doped fiber amplifier,edfa)；

11、所述驱动模块包括主激光器、第一偏振控制器、第一光纤耦合器、第二光纤耦合器、第一可调光衰减器、光纤反射镜

12、所述主激光器连接第一偏振控制器，第一偏振控制器通过光纤与第一光纤耦合器相连，第一光纤耦合器分两路，一路连接第一可调光衰减器及光纤反射镜，另一路连接第二光纤耦合器，第二光纤耦合器分两路，一路连接掺铒光纤放大器，另一路与加密模块连接。

13、优选的，所述主激光器输出连续激光的中心波长为1550nm。

14、优选的，edfa的可调范围为10dbm～20dbm。

15、作为一种优选方案，所述加密模块包括第一从激光器(slave laser，sl1)、第一光纤隔离器(optical isolator，oi1)、第二可调光衰减器(variable optical attenuator,voa2)、第二偏振控制器(polarization controller，pc2)、第三光纤耦合器(fibercoupler，fc3)；

16、所述第一从激光器连接第三光纤耦合器，第三光纤耦合器分为两路，一路依次按照光路方向连接第二偏振控制器、第二可调光衰减器、第一光纤隔离器，所述第一光纤隔离器与第二光纤耦合器连接；

17、另一路与信号采集模块相连。

18、作为一种优选方案，所述调制模块包括沿着光传输方向依次设置的第一准直器(collimator，col.1)、第一线偏振片(linear polarizer，lp1)、第一一阶涡旋波片(vortexphase-plate，vpp1)。

19、优选的，所述第一一阶涡旋波片与所述第一线偏振片的快轴方向平行。

20、作为一种优选方案，所述传输模块包括沿着光传输方向依次设置的扩束镜、自由空间信道、缩束镜。

21、优选的，所述扩束镜为20倍扩束镜。

22、优选的，所述缩束镜为10倍缩束镜。

23、作为一种优选方案，所述解调模块包括沿着光传输方向依次设置的第二一阶涡旋波片，第二线偏振片，第二准直器，所述第二一阶涡旋波片与所述第二线偏振片的快轴方向平行，且与调制模块中的第一一阶涡旋波片和第一线偏振片的快轴方向平行。

24、作为一种优选方案，所述解密模块包括第二从激光器(slave laser，sl2)、第二光纤隔离器(optical isolator，oi2)、第三可调光衰减器(variable optical attenuator,voa3)、第三偏振控制器(polarization controller，pc3)、第四光纤耦合器(fibercoupler，fc4)；

25、所述第二从激光器连接第四光纤耦合器，第四光纤耦合器分为两路，一路依次按照光路方向连接第三偏振控制器、第三可调光衰减器、第二光纤隔离器；另一路与数据采集模块相连；

26、所述第二从激光器与第一从激光器的设置参数一致。

27、优选的，所述设置参数包括控制温度、驱动电流。

28、作为一种优选方案，所述信号采集模块包括可调光纤延时线(delay lines，dl)、第四可调光衰减器(variable optical attenuator,voa4)、第五可调光衰减器(variableoptical attenuator,voa5)、第一光电探测器(photodetector，pd1)

29、、第二光电探测器(photodetector，pd2)、高速示波器(oscilloscope，osc)，

30、所述第四可调光衰减器输入端与第三光纤耦合器相连，输出端与第一光电探测器相连，所述第一光电探测器的输出端与高速示波器相连；

31、所述光纤延时线一端与第四光纤耦合器相连，另一端与第五可调光衰减器输入端相连，第五可调光衰减器的输出端与第二光电探测器相连，所述第二光电探测器的输出端与高速示波器相连。

32、作为一种优选方案，所述自由空间激光混沌同步系统还包括数字信号处理模块，用于计算第三信号和第五信号的互相关系数。

33、优选的，所述数字信号处理模块包括滤波算法。

34、本技术的优点：本技术设置了调制模块，将高斯光场结构的光信号调制为矢量光场结构的光信号，借助矢量光场结构的抗湍流特性，能够降低空间信道中湍流效应对系统的影响，提升系统在各种湍流强度下的同步性能，为高可靠性、高安全性的自由空间光通信提供了一种潜在的技术方案。