[发明专利]一种类似白噪声的宽带混沌信号的产生方法及装置

说明书

技术领域

本发明涉及混沌信号，具体为一种类似白噪声的宽带混沌信号的产生方法及装置，可用于保密通信、雷达、光时域反射仪以及物理随机数的产生。

背景技术

宽带混沌信号具有类似噪声的特性，且幅度更大，因此，在保密通信（Nature，Vol.437，p.343-346，2005和Phys.Rev. Lett.，Vol.100, 194101，2008）、物理随机数发生器（Nat. Photonics，Vol. 2， p.728-732，2008和Phys. Rev. Lett.，Vol.103, 024102，2009）、雷达（IEEE J. Sel. Top. Quantum Electron.，Vol. 10, p.991-997, 2004和IEEE J. Quantum Electron. Vol.40, p.815–820， 2004）和时域反射仪（IEEE Photon. Technol. Lett. Vol. 20, p.1636-1638, 2008和IEEE Electron Device Lett. Vol.32, p.372–374, 2011）中被广泛应用。目前，宽带混沌信号的电路产生方式主要包括蔡氏电路（IEEE Trans. Circuits Syst. I， Vol.40， p.657-674，1993）和Colpitts电路（IEEE Trans. Circuits Syst. I，Vol.41，p.771-774，1994）。受限于电子器件的带宽，电路产生的混沌信号带宽最高仅到GHz。研究发现，通过对半导体激光器附加扰动（例如光反馈（IEEE J. Quantum Electron.，Vol. 28，p.93-108，1992）、光注入（Appl. Phys. Lett.，Vol.64，p.3539-3541，1994）或光电反馈（IEEE J. Quantum Electron.，Vol.37，p.329-336，2001））可以获得带宽高达到几个GHz的混沌光信号。不幸的是，半导体激光器的混沌强度振荡通常受到激光器驰豫振荡频率的影响（IEEE Photon. Technol. Lett.， Vol.20， p.1633–1635，2008）。在频域中，功率谱分布在驰豫振荡频率处有个明显的尖峰。因此，有效带宽通常被限制在几个GHz，使得加密信息的速率、物理随机数发生器的码率以及雷达和反射仪的空间分辨率都受到限制(IEEE Photon. Technol. Lett. Vol. 20, p.1636-1638, 2008和Opt.Express,Vol.18,p.5512-5524, 2010)。此外，低频部分的能量受到抑制，限制了混沌激光的使用效率。这是因为大多数的电子采集设备都类似于低通滤波器。更重要的是，由于外腔模式，激光器中的强度混沌有明显的时延特征（IEEE J. Quantum Electron.，Vol. 45, p.879-891, 2009），导致频谱上具有明显的周期振荡（IEEE J. Quantum Electron. Vol.48, p.1371-1379, 2012）。这就意味着混沌激光是有周期的。这种周期性降低了混沌激光的随机性，不利于物理随机数的产生，需要一些后续处理，例如异或操作(Phys. Rev. Lett.，Vol.103，024102，2009)。而且，频谱上的这种周期性会引起基于混沌通信的安全漏洞，因为如果周期频率是确定的，发射机使用的延迟反馈系统就可能被重构出来（Phys.Rev. Lett.，Vol.81, p.558–561，1998）。