基于光學儲備池計算的高速混沌保密通信的研究

鐘東洲，徐喆，趙可可，胡亞蘭，鄧萬安，侯鵬，張金波

（五邑大學 智能制造學部，廣東 江門 529020）

0 引言

文獻［1-3］提出的光泵浦自旋垂直腔表面發射激光器（Spin-Vertical Cavity Surface-Emitting Laser，Spin-VCSEL）比電泵浦VCSEL 表現出更優越的性能。例如，它們有更快的調制動態、更大的調制帶寬，更低的閾值電流。與常規的VCSEL 相比，它們有更強的偏振控制性［4-6］。利用這些特性，光泵浦VCSEL 在高速光通信、光信息處理、數據存儲、量子計算、生物傳感領域中有著新的應用前景。在光泵浦自旋VCSEL中，不同形式的超快不穩定現象（包括周期性振蕩、偏振轉換和混沌動態）被觀察［7-8］。光泵浦自旋VCSEL 的混沌動態被應用于精準測距［9-10］、保密通信［11］等領域。

由于弱材料性和激光腔的各向異性，電泵浦VCSEL 輸出通常包含兩個垂直偏振分量（Polarization Component，PC），x偏振分量（x-PC）和y偏振分量（y-PC）［12-13］。這兩個偏振分量有利于實現雙信道光通信。近年來，基于電泵浦VCSEL 的雙信道保密通信受到廣泛關注［14-16］。在這些工作中，驅動-響應電泵浦VCSEL 系統常用于保密通信。在這個系統中，通過引入驅動VCSEL 的外部擾動和光反饋，能夠產生混沌x-PC 和y-PC。當響應VCSEL 的參數與驅動VCSEL 參數一致時，響應VCSEL 能夠發射相似的混沌x-PC和y-PC。此外，每一對PC（如兩個x-PC 或兩個y-PC）之間的混沌同步在保密通信的安全性和加密信息解碼中扮演重要的角色。然而，高質量混沌同步依賴于如下條件：驅動和響應電泵浦VCSEL 結構上完全對稱，并且它們的參數完全匹配。以前工作表明，由于驅動和響應VCSEL 中的兩個PC 的存在，這些激光器的結構對稱性被破壞，這導致了混沌同步質量的惡化［17］。……