一种具有反馈的激光器的同步通信系统的制作方法

本发明属于光信号处理技术领域，具体涉及一种具有反馈的激光器的同步通信系统。

背景技术：

在现代信息技术的应用中，通信技术是一种以电磁波、声波或光波的形式把信息通过电脉冲，从发送端(信源)传输到一个或多个接受端(信宿)的技术。接受端能否正确辨认信息，取决于传输中的损耗功率高低。信号处理是通信工程中一个重要环节。

目前的信息传输，是利用载体实现有线或无线传输，如利用数据、语言、信号等方式，且传送方面和接收方面对载体有共同解释。而随着信息量越来越大，需要传输的数据也越来越大，利用单一的宽带通信、光学通信等进行信息传输，单纯的信息传输功能无法满足人们信息保密及对安全性的需求。

在信号保密方向上，混沌通信有着极佳的优点，是一种在非线性系统中出现的确定性的、类随机的过程，是一个非周期的、有界的、但不收敛的过程。混沌信号是一种类似噪声信号的无周期有边界却不收敛的由确定方程组构成的确定信号，其对初始值非常敏感，通过不同初始值可以实现多址通信，通过耦合可以使具有反馈的激光器之间实现混沌同步，通过同步，可以实现信号的掩盖传输，而信号在完全同步时，会出现一定现象的鲁棒性，通过混沌的同步及鲁棒性可以实现信号的参数调制进行混沌传输。

技术实现要素：

针对混沌保密通信，本文发明了一种具有反馈的激光器的同步通信系统，其保密效果好，且可以准确恢复传输信号。

本发明采取以下技术方案：具有反馈的激光器的同步通信系统，包括第一激光器、第二光电探测器、第一部分透射镜、第一放大器，所述第二光电探测器设于第一激光器、第一部分透射镜之间，所述第二光电探测器与第一放大器连接。

进一步，还包括第四光电探测器、第二激光器和第二放大器，所述第四光电探测器设于第一部分透射镜、第二激光器之间，所述第四光电探测器与第二放大器连接。

进一步，还包括第一差分放大器、第一电滤波器，所述第一放大器、第一差分放大器、第一电滤波器依次连接。

更进一步，所述第二放大器与第一差分放大器连接。

更进一步，还包括第六光电探测器和第三放大器，所述第六光电探测器与第三放大器连接，所述第六光电探测器设于第二激光器远离第一部分透射镜的一侧。

更进一步，还包括第二部分透射镜，所述第五光电探测器、第六光电探测器设于第二激光器、第二部分透射镜之间。

更进一步，还包括第八光电探测器和第三激光器、第四放大器、第二差分放大器和/或第三差分放大器，所述第八光电探测器设于第二部分透射镜、第三激光器之间，所述第八光电探测器与第四放大器连接，所述第四放大器、第二差分放大器连接和/或第四放大器、第三差分放大器连接。

更进一步，还包括第二电滤波器，所述第三放大器、第二差分放大器、第二电滤波器依次连接。

更进一步，所述第一放大器与第三差分放大器连接。

更进一步，还包括第三电滤波器，所述第三差分放大器与第三电滤波器连接。

更进一步，所述第二光电探测器、第四光电探测器、第六光电探测器和第八光电探测器采用光电二极管。

更进一步，所述第一激光器、第一部分透射镜、第二激光器、第二部分透射镜、第三激光器中的一个或多个的角度可调节，任意相邻两者之间的距离可调节。

本发明的特点是利用三个信号m1(t)、m2(t)、m3(t)之间实现同步的关系，当其中一个激光器发射机发射信号时，另外两个激光器充当接收机，这样一个激光器发射机发射的信号，被另外两个接收激光器同时接收该信号且保持很低的误码率。可以在一定条件下任意调节三个激光器的角度和部分透射镜的位置。利用同步性和鲁棒性实现信号的保密通信。

本发明利用激光器确定的耦合和反射方式得到确定的混沌信号，信息的隐藏通过调制激光器的参数来实现，这是由于改变的幅度远远小于该混沌信号，将其掩盖其中，就可以利用该信号类噪声的特色将传输信号进行混沌保密；再通过产生与之严格同步的混沌信号，两路混沌信号相减，可以将掩盖在混沌信号中的传输信号恢复出来，实现了传输信号的保密性和接收的准确性。

本发明的三个激光器之间通过耦合实现严格同步，激光器、部分透射镜之间的距离或者角度均可调，因此可以实现接收准确性高，信号泄露几率小等优点，特别适于光通信系统技术中的应用。

附图说明

图1为具有反馈的激光器的同步通信系统示意图；

图2为三个激光器的混沌图；

图3为三个传输信号的示意图；

图4为本发明的三个激光器加入传输信号后输出的激光信号图；

图5为传输-解调信号对比图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明实施例作详细说明。

实施例1

如图1所示，本实施例公开了一种具有反馈的激光器的同步通信系统，包括第一激光器1-1、第一光电探测器3-1、第二光电探测器3-2、第一部分透射镜2-1、第一放大器4-1、第三光电探测器3-3、第四光电探测器3-4、第二激光器1-2和第二放大器4-2，第一差分放大器5-1和第一电滤波器6-1；第一光电探测器3-1、第二光电探测器3-2设于第一激光器1-1、第一部分透射镜2-1之间，、第一光电探测器3-1、第二光电探测器3-2与第一放大器4-1连接；第三光电探测器3-3、第四光电探测器3-4设于第一部分透射镜2-1、第二激光器1-2之间，第三光电探测器3-3、第四光电探测器3-4与第二放大器4-2连接，第二放大器4-2与第一差分放大器5-1连接，第一放大器4-1、第一差分放大器5-1、第一电滤波器6-1依次连接。

本实施例中用于检测a端的的光线的光电探测器，设置了第一光电探测器3-1、第二光电探测器3-2两个，也可仅设置一个或若干个；用于检测b端的的光线的光电探测器，设置了第三光电探测器3-3、第四光电探测器3-4两个，也可仅设置一个或若干个。第一激光器1-1、第一部分透射镜2-1之间的距离及两者的朝向角度皆可以调节。

本实施例的具有反馈的激光器的同步通信系统其实现原理为：第一光电探测器3-1的信号输入端口(m1)输入传输信号m1(t)，第二光电探测器3-2的信号输入端口(m2)输入传输信号m2(t)，调制第一激光器、第二激光器的参数后，第一激光器的a端发射第一激光，第二激光器的b端发射第二激光。

第一激光一部分透过第一部分透射镜2-1的k面到l面，部分被第一部分透射镜2-1的反射回到a端，第一光电探测器3-1的接收端h1、第二光电探测器3-2的接收端h2检测a端的光线，接收端h1、接收端h2接收到的光线信号经第一放大器4-1输出。第二激光一部分透过第一部分透射镜2-1的l面到k面到达第一激光器的a端，另一部分被第一部分透射镜2-1的l面反射回到b端，第三光电探测器3-3接收端h3第二光电探测器3-4接收端h4检测b端的光线，接收端h1、接收端h2接收到的光线信号经第二放大器4-2输出。两个放大第一放大器4-1、第二放大器4-2传输的两路信号分别经第一差分放大器5-1的j2端、j1端，经过第一差分放大器5-1相减后的信号通过端口i1输出至第一电滤波器6-1的端口p1，经第一电滤波器6-1滤波后的信号通过端口p2输出。

实施例2

与实施例1不同的是，本实施例还包括第五光电探测器3-5、第六光电探测器3-6、第三放大器4-3、第二部分透射镜2-2，所述第五光电探测器3-5、第六光电探测器3-6与第三放大器4-3连接，所述第五光电探测器3-5、第六光电探测器3-6设于第二激光器1-2远离第一部分透射镜2-1的一侧。所述第五光电探测器3-5、第六光电探测器3-6设于第二激光器1-2、第二部分透射镜2-2之间。

第二个激光器1-2的c端也发送第二激光，该c端的激光与b端发射是同样参数的的激光信号，该激光一部分透过第二部分透射镜2-2的m面到n面，部分被第二部分透射镜2-2的反射回到c端，第五光电探测器3-5的接收端h5、第六光电探测器3-6的接收端h6检测c端的光线，接收端h5、接收端h6接收到的光线信号经第三放大器4-3输出。

本实施例中用于检测c端的的光线的光电探测器，设置了第五光电探测器3-5、第六光电探测器3-6两个，也可仅设置一个或若干个。第二激光器1-2的角度、第二部分透射镜2-2的角度、第二部分透射镜2-2与第二激光器1-2之间的距离都可以调节。

实施例3

与实施例2不同的是，本实施例的具有反馈的激光器的同步通信系统还包括第二差分放大器5-2、第二电滤波器6-2，所述第三放大器4-3、第二差分放大器5-2、第二电滤波器6-2依次连接。

实施例4

如图1所示，与实施例3不同的是，本实施例的具有反馈的激光器的同步通信系统中采用了三个激光器，在第一激光器1-1、第二激光器1-2的基础上还设有第三激光器1-3，第三电滤波器6-3，所述第三差分放大器5-3与第三电滤波器6-3，第七光电探测器(3-7)、第八光电探测器(3-8)设于第二部分透射镜(2-2)、第三激光器(1-3)之间，所述第八光电探测器(3-8)与第四放大器(4-4)连接，第四放大器(4-4)、第二差分放大器(5-2)连接和/或第四放大器(4-4)、第三差分放大器(5-3)连接；第一放大器4-1与第三差分放大器5-3连接。

本实施例的实现原理为：第一激光器1-1的信号输入端口m1输入信号m1t，第二激光器1-2的信号输入端口m2输入信号m2t，第三激光器1-3的信号输入端口m3输入信号m3t，第三激光器1-3发送第三激光。第一激光器1-1的a端口输出光射入第一部分透射镜2-1的k面，反射回一部分输出光并透射一部分光至第一部分透射镜2-1的l面到达第二激光器1-2的b端口，第三光电探测器3-3的接收端h3、第四光电探测器3-4的接收端h4检测b端口的光线。第二激光器1-2的b端口输出光射入第一部分透射镜2-2的l面，反射回一部分输出光并透射一部分光至第一部分透射镜2-1的k面到达第一激光器1-1的a端口，第一光电探测器3-1的接收端h1、第二光电探测器3-2的接收端h2检测a端口的光线，第二激光器1-2同时通过c端口输出光线至第二部分透射镜2-2的m面，反射回一部分光线同时透射一部分光线至第二部分反射镜2-2的n面到达第三激光器1-3的d端口，第七光电探测器3-7的接收端h7、第八光电探测器3-8的接收端h8探测d端口的光线，同时第三激光器1-3通过d端口输出光线至第二部分反射镜2-2的n面，反射回一部分光线同时透射一部分光线至第二部分反射器的m面到达第二激光器1-2的c端口，第五光电探测器3-5的接收端h5、第六光电探测器3-6的接收端h6探测c端口的光线，第二光电探测器3-2的端口h2、第四光电探测器3-4的端口h4、第六光电探测器3-6的端口h6、第八光电探测器3-8的端口h8分别通过端口e1、e2、e3、e4进入第一放大器4-1、第二放大器4-2、第三放大器4-3、第四放大器4-4，通过第一放大器4-1、第二放大器4-2、第三放大器4-3、第四放大器4-4各自对应的输出端口f1、f2、f3、f4的将信号分成三路输出。三路中的其中一路：端口f2和第一差分放大器5-1的第一端口j1相连，端口f1和第一差分放大器5-1的第二端口j2相连，两路经过第一差分放大器5-1相减后的信号通过端口i1输出至第一电滤波器6-1的端口p1最后滤波信号通过第一电滤波器6-1的端口p2输出；二路：端口f4和第二差分放大器5-2的第一端口j3相连，端口f3和第二差分放大器5-2的第二端口j4相连，两路经过第二差分放大器5-2相减后的信号通过端口i2输出至第二电滤波器6-2的端口p3最后滤波信号通过第二电滤波器6-2的端口p4输出；三路：端口f4和第三差分放大器5-3的第一端口j5相连，端口f1和第三差分放大器5-3的第二端口j6相连，两路经过第三差分放大器5-3相减后的信号通过端口i3输出至第三电滤波器6-3的端口p5最后滤波信号通过第三电滤波器6-3的端口p6输出。完成了信号的同步性及鲁棒性的测试及其保密传输。

本实施例中，第一激光器1-1、第二激光器1-2和第三激光器1-3这三个激光器产生的信号为确定的混沌信号且功率远大于传输信号的功率，第一激光器1-1、第二激光器1-2和第三激光器1-3的激光发射角度可以调节，第一部分透射镜2-1、第二部分透射镜2-2下可以移动。

信号的载波为确定性的混沌信号，其可以根据同步原则准确的产生一致的混沌信号，使其可以准确恢复传输信号。

本实施例中用于检测d端的的光线的光电探测器，设置了第七光电探测器3-7、第八光电探测器3-8两个，也可仅设置一个或若干个。

作为优选的设置，第一激光器、第二激光器、第三激光器内部的各参数一致。也可以三者采用同一种激光器。

作为优选的设置，所述第一光电探测器3-1、第二光电探测器3-2、第三光电探测器3-3、第四光电探测器3-4、第五光电探测器3-5、第六光电探测器3-6、第七光电探测器3-7和第八光电探测器3-8采用光电二极管。

作为优选的设置，第一部分透射镜和/或第二部分透射镜的两面的反射透射率之比为1:1，即k面与i面反射及透射率之比为1:1，m面与n面反射及透射率之比为1:1。

作为优选的设置，输入信号m1t、输入信号m2t、输入信号m3t都调制在各自激光器的相同参数上。

图2中，p1、p2、p3分别代表第一激光器、第二激光器、第三激光器的本身产生的原始激光。

图3为三个传输信号的示意图，从第一激光器、第二激光器、第三激光器分别对应输入三个输入信号m1(t)、m2(t)、m3(t)。

图4为本实施例的三个激光器加入传输信号后输出的激光信号图。

图5为传输-解调信号对比图：一部分为信号m1(t)、信号m2(t),差分运算相减m1(t)-m2(t)，解调出来m1(t)；另一部为信号m1(t)、信号m3(t)、差分运算相减m1(t)-m3(t)、解调出来m1(t)，也就是检测m1(t)和m3(t)，通过差分运算进行相减，然后与m3(t)进行比较，解调出m1(t)。

本实施例的混沌保密通信的保密与恢复过程：

1、根据所需的混沌信号的产生要求，选择合适参数的激光器和部分透射镜，从而实现信号的保密；

2、在系统的确定参数下，该系统能得到确定的混沌信号，并通过系统的同步和异步来准确恢复传输的信号。

以上对本发明的优选实施例及原理进行了详细说明，对本领域的普通技术人员而言，依据本发明提供的思想，在具体实施方式上会有改变之处，而这些改变也应视为本发明的保护范围。