宽带混沌产生与混沌光时域反射测量

【摘要】混沌激光在高速保密通信、高速物理随机密钥产生以及高精度雷达测距等方面具有重要应用价值。外腔反馈半导体激光器因结构简单、动态特性复杂而成为上述应用的首选光源。然而,外腔反馈半导体激光器产生的混沌信号具有两个固有缺陷：第一,激光器弛豫振荡占据了混沌激光的主要能量,导致混沌频谱不平坦。不仅限制了混沌的有效带宽,还限制了低频成分能量(为实际应用中后续电路采集和处理带来困难)。第二,外腔谐振导致混沌信号具有反馈时延特征、暗含周期性。这种特质将增大系统被破译的风险、降低混沌光保密通信的安全性,还会恶化混沌激光产生随机码的随机性和可靠性。此外,半导体激光器产生混沌激光的功率较低,并不适合于自由空间的雷达探测。针对上述问题,本论文探索产生频谱平坦的宽带混沌信号的方法,并将混沌激光雷达拓展至光纤故障检测领域,研究和发展混沌光时域反射测量技术。主要工作及结果如下：1)利用光注入外腔半导体激光器实现了混沌带宽增强,实验上产生带宽约17GHz的混沌激光,并结合理论研究揭示了其物理机理：带宽增强源于非锁定式光注入引起的高频宽带振荡。2)提出一种光纤环形振荡器作为混沌激光带宽“放大器”,能同时增强低频和高频振荡成分,产生宽带平坦的混沌频谱。实验上产生了带宽超过26.5GHz、频谱平坦度±1.5dB的混沌信号；同时实验和理论研究了其物理机制和规律,发现该方法可灵活调控带宽并保持频谱平坦度。3)实验和理论研究发现,混沌外腔半导体激光器的延迟自干涉可以产生宽带混沌信号、抑制外腔反馈时延特征。此外,延迟自干涉主要能够增强混沌信号低频成分的能量,消除弛豫振荡的主导地位。4)在延迟自干涉的研究基础上,提出外腔半导体激光器的光学外差法,用以产生具有白噪声频谱的混沌信号,称为白混沌。实验和理论研究一致表明,光学外差法可以消除反馈时延特征并产生类似白噪声谱的混沌频谱。实验获得了带宽11GHz的白混沌,其频谱波动仅为1dB。5)实验研究了混沌外腔半导体激光器在时域反射测量中的应用,包括：采用固定波长的混沌激光实现单链路故障的时域反射测量,利用滤波光反馈FP激光器产生波长调谐的混沌激光实现网络故障的反射测量,获得了与距离无关的厘米量级空间分辨率；采用本文提出的光纤环振荡器改进混沌光源,研制了混沌光时域反射仪样机。6)利用外腔半导体激光器混沌激光研制了4.5Gbit/s随机码发生器样机,同时分析了混沌激光延迟干涉信号对随机码的改善作用,发现它可以将多位ADC量化方式产生的随机码速率提高5/3倍。
【作者】王安帮；
【导师】王云才；
【作者基本信息】太原理工大学，电路与系统，2014，博士
【关键词】光时域反射；宽带混沌；外腔半导体激光器；物理随机码发生器；频谱平坦；时延特征；

【参考文献】
[1]袁丹.新疆高校留学生闲暇生活现状调查分析[D].新疆师范大学,汉语国际教育,2013,硕士.
[2]陈琦颖.叶尔达钢琴组曲《安代主题变奏曲》的演奏技法研究[D].内蒙古师范大学,音乐学,2013,硕士.
[3]吕宁.CAN现场总线网络环境通讯协议研究与实现[D].西安电子科技大学,电路与系统,2004,硕士.
[4]王磊.单亲家庭大学生叛逆行为矫治项目书[D].长春工业大学,社会工作,2013,硕士.
[5]刘向红.论中学生的科学—人文精神教育[D].湖南师范大学,教育,2004,硕士.
[6]张淑锋.论人民法院对行政机关强制执行申请的审查[D].广东财经大学,法律（专业学位）,2014,硕士.
[7]魏征.高速公路车载自组网中车辆协助下载研究[D].内蒙古大学,计算机科学与技术,2014,硕士.
[8]刘宏斌.轴对称微结构表面的飞秒激光加工工艺研究[D].哈尔滨工业大学,机械制造及其自动化,2014,硕士.
[9]朱娟.中国当代文学作品中的妓女形象研究[D].西北大学,中国现当代文学,2014,硕士.
[10]闫林,刘涛,闫硕,李峰,阮宁.基于结构粒化的数据合并方法[J].计算机应用,2015,02:358-363.
[11]武虔虔.非常规天然气PSC模式收益分配研究[D].中国地质大学（北京）,会计,2014,硕士.
[12]邓燕.中学英语自主学习模式负面影响个案研究[D].首都师范大学,学科教学,2014,硕士.
[13]苗建明.基于加速度实时校正参考车速的汽车防抱制动系统理论分析及其仿真研究[D].太原理工大学,机械电子工程,2004,硕士.
[14]杨跃标.基于热成像测温的连铸二冷传热系数反算研究[D].东北大学,钢铁冶金,2010,硕士.
[15]严建文.四维地震技术与油藏强化开采[J].石油地球物理勘探,1998,S1:112-121+178.
[16]韦丽虹.对wh移位理论的质疑[D].四川外国语大学,英语语言文学,2013,硕士.
[17]尹国桃.预应力度对体外预应力简支梁桥疲劳寿命的影响研究[D].华中科技大学,桥梁与隧道工程,2013,硕士.
[18]郝文哲.基于FPGA的盲音频水印研究[D].江苏科技大学,计算机应用技术,2013,硕士.
[19]黄静.论施蛰存与上海30年代的现代主义文学[D].安徽师范大学,中国现当代文学,2004,硕士.
[20]吴翠萍.新时期中国共产党对农民思想政治教育的历史考察[D].郑州大学,中共党史,2013,硕士.
[21]蔡晓.中山市白内障中医证型分布的临床流行病学调查与研究[D].广州中医药大学,中医学（专业学位）,2013,硕士.
[22]郭苗莉,朱江波,陈蓉芳,张天宝.应用基因芯片研究MNNG诱发小鼠胚胎畸形肢体基因的表达[J].环境与职业医学,2005,01:1-3.
[23]周翠.当代中国农民公民意识的培养研究[D].吉林大学,马克思主义中国化研究,2014,硕士.
[24]赵本莹.信用证下银行在提单中的法律地位和责任[D].大连海事大学,法律,2013,硕士.
[25]李迎春.航空图像中机场停泊飞行器的识别技术研究[D].吉林大学,2004.
[26]董航宇.许昌市中小企业贷款难问题研究[D].郑州大学,金融（专业学位）,2013,硕士.
[27]魏燕芳.胺基化磁性壳聚糖微球固定Ct处理含酚废水研究[D].福建师范大学,高分子化学与物理,2004,硕士.
[28]马晓君.汽车经营信息系统的开发[D].天津工业大学,企业管理,2004,硕士.
[29]张欣.高校学生社团品牌化建设研究[D].中国地质大学（北京）,高等教育学,2014,硕士.
[30]王令朝.客票计算机系统若干问题的探讨[J].中国铁路.1999(07)
[31]易明乐.中国油气企业境外并购案例研究[D].上海交通大学,金融（专业学位）,2013,硕士.
[32]唐林燕.基于数据仓库的采购系统设计[J].计算技术与自动化,2002,01:41-45+66.
[33]吴宙旭.基于ASP.NET MVC的教学编排系统设计[D].上海师范大学,教育技术学,2013,硕士.
[34]平易.多校区大学管理的困境与对策[J].基建管理优化,2015,01:15-18.
[35]郑宸.调压塔对长输管线水击压强消减作用的研究[D].哈尔滨工业大学,流体力学,2013,硕士.
[36]詹厚龙.中国省域R&D空间溢出效应研究[D].重庆工商大学,统计学,2014,硕士.
[37]王亮.机器视觉检测中的图像复原方法研究[D].北京交通大学,2014.
[38]龚晨.基于嵌入式Linux的RFID智能导览系统研究[D].北京交通大学,2014.
[39]颜明明.Fos蛋白与睡眠内稳态调控机制研究[D].复旦大学,2010.
[40]周宗丽.三转基因Alzheimer症模型小鼠的社会行为学和一种新型M1受体激动剂对该小鼠的影响[D].华东师范大学,基因组学,2013,硕士.
[41]赵福成.支气管扩张的六经辨证研究[D].北京中医药大学,中医内科学,2014,硕士.
[42]吴晓林.基于分数域有限更新率的信号采样与重构算法的研究[D].哈尔滨工业大学,电子与通信工程,2014,硕士.
[43]卢静.14例儿童急性混合细胞白血病的临床和实验室特点及疗效观察[D].苏州大学,临床医学（专业学位）,2013,硕士.
[44]王玺.帕瑞昔布钠和氟比洛芬酯预防鼻内镜术后疼痛的效果比较[D].山西医科大学,麻醉学（专业学位）,2013,硕士.
[45]孙宁.歌剧《青春之歌》卢嘉川的角色塑造研究[D].天津音乐学院,音乐（专业学位）,2013,硕士.
[46]郑文凯.大型商用飞机撞击核电站屏蔽厂房的荷载研究[D].清华大学,土木工程,2013,硕士.
[47]于艳平.面向移动地图表达的POI动态综合方法研究[D].南京师范大学,地图学与地理信息系统,2012,硕士.
[48]张晶.基于领域知识和概念格模型的知识发现研究[D].合肥工业大学,计算机软件与理论,2004,硕士.
[49]周雷.毛细管电泳中衍生反应的研究与应用[D].兰州大学,2008.
[50]徐涛.直拉硅单晶中空洞型缺陷的择优腐蚀[D].浙江大学,材料工程（专业学位）,2013,硕士.