專利名稱：全光混沌序列發(fā)生器及全光混沌序列發(fā)生方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及混沌光通信技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種全光混 沌序列發(fā)生器及全光混沌 序列發(fā)生方法。
背景技術(shù)：
混沌現(xiàn)象是20世紀(jì)最重要的科學(xué)發(fā)現(xiàn)之一。當(dāng)今科學(xué)認(rèn)為，混沌是一種貌似無(wú)規(guī) 則的運(yùn)動(dòng)，旨在確定非線性系統(tǒng)中，不需要附加任何隨機(jī)因素亦可出現(xiàn)類似隨機(jī)的行為。混 沌系統(tǒng)的最大特點(diǎn)就在于系統(tǒng)的演化對(duì)初始條件(初值)十分敏感，因此從長(zhǎng)期意義上講， 系統(tǒng)的未來(lái)行為是不可預(yù)測(cè)的。近年來(lái)，隨著混沌的優(yōu)點(diǎn)逐步為人們所認(rèn)識(shí)，利用混沌產(chǎn)生擴(kuò)頻序列的研究已經(jīng) 引起了許多人的關(guān)注，人們開(kāi)始利用混沌系統(tǒng)對(duì)初值的敏感性來(lái)進(jìn)行保密通信。其中切比 雪夫映射是當(dāng)前人們研究和應(yīng)用較為廣泛的混沌映射之一，滿足切比雪夫方程的信號(hào)序列 即是一種混沌序列?；煦缧蛄信c目前應(yīng)用較為廣泛的m序列和Gold碼序列相比具有很多優(yōu)勢(shì)混沌 序列由于對(duì)初值極其敏感，因此產(chǎn)生的碼序列數(shù)量與m序列和Gold碼的碼序列數(shù)量相比較 多，且具有更好的保密特性；混沌信號(hào)具有類似白噪聲的統(tǒng)計(jì)特性。目前采用混沌信號(hào)的保密通信機(jī)已經(jīng)成功應(yīng)用于無(wú)線通信中，基于混沌通信的 CDMA技術(shù)已在軍事上得到了初步應(yīng)用，但是對(duì)于光通信系統(tǒng)，例如光CDMA通信系統(tǒng)，信號(hào) 是以光的形式傳輸，而目前還沒(méi)有實(shí)現(xiàn)全光信號(hào)的混沌序列發(fā)生的方法，也沒(méi)有能夠?qū)崿F(xiàn) 以全光信號(hào)產(chǎn)生混沌序列的混沌序列發(fā)生器，現(xiàn)有實(shí)用的技術(shù)是將光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào) 后，利用現(xiàn)有電信號(hào)的混沌序列發(fā)生器，產(chǎn)生電信號(hào)的混沌序列，再將電信號(hào)的混沌序列轉(zhuǎn) 換為光信號(hào)，從而得到光混沌序列。目前這種通過(guò)光-電-光轉(zhuǎn)換生成光混沌序列的方法無(wú)疑要設(shè)置光-電，電-光 轉(zhuǎn)換設(shè)備，其實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本較高，且光-電-光的轉(zhuǎn)換還會(huì)影響光信號(hào)處理速度及信 號(hào)質(zhì)量，因此，目前的混沌加密通信技術(shù)在光通信系統(tǒng)中應(yīng)用的難度很大，效果并不理想。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明實(shí)施例提供一種全光混沌序列發(fā)生器，無(wú)須進(jìn)行光-電-光的轉(zhuǎn)換就能夠 產(chǎn)生光混沌序列。本發(fā)明實(shí)施例提供一種全光混沌序列發(fā)生方法，無(wú)須進(jìn)行光-電-光的轉(zhuǎn)換就能 夠產(chǎn)生光混沌序列。為達(dá)到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案具體是這樣實(shí)現(xiàn)的一種全光混沌序列發(fā)生器，該全光混沌序列發(fā)生器包括一 I-N路不對(duì)稱光耦合器，I-N個(gè)混沌子序列發(fā)生器，I-N個(gè)光延遲器，和一時(shí)分復(fù) 用器；I-N路不對(duì)稱光耦合器，將入射光按特定分光比分成I-N路不同光強(qiáng)的輸入光，對(duì)應(yīng)送至I-N個(gè)光混沌子序列發(fā)生器，用于激勵(lì)I(lǐng)-N個(gè)光混沌子序列發(fā)生器對(duì)應(yīng)產(chǎn)生長(zhǎng)度任 意的I-N路光混沌子序列；I-N路光混沌子序列對(duì)應(yīng)送至I-N個(gè)光延遲器，I-N個(gè)光延遲器 使I-N路光混 沌子序列按時(shí)序順序到達(dá)時(shí)分復(fù)用器，時(shí)分復(fù)用器使I-N路光混沌子序列按 時(shí)序順序混合成一個(gè)長(zhǎng)的光混沌序列輸出，N為正整數(shù)。所述光混沌子序列發(fā)生器，包括馬赫-曾德?tīng)柛缮鎯x陣列、相位/時(shí)序調(diào)整模塊和信號(hào)輸出模塊；所述馬赫_曾德?tīng)柛缮鎯x陣列，由I-M個(gè)馬赫_曾德?tīng)柛缮鎯x組成，每一個(gè)馬 赫_曾德?tīng)柛缮鎯x接收所述的一路輸入光；所述每一個(gè)馬赫_曾德?tīng)柛缮鎯x按照預(yù)先設(shè)置 的與所述輸入光的波長(zhǎng)相對(duì)應(yīng)的工作參數(shù)，對(duì)輸入光進(jìn)行干涉，使馬赫-曾德?tīng)柛缮鎯x陣 列輸出的I-M組光脈沖信號(hào)的振幅滿足切比雪夫映射關(guān)系；所述相位/時(shí)序調(diào)整模塊，與所述馬赫_曾德?tīng)柛缮鎯x陣列中的每個(gè)馬赫_曾德 爾干涉儀相連，用于調(diào)整馬赫-曾德?tīng)柛缮鎯x陣列輸出的I-M組符合切比雪夫映射關(guān)系的 光脈沖信號(hào)的相位和時(shí)序，使調(diào)整后的I-M組光脈沖信號(hào)的相位相同，且按時(shí)序順序輸出；所述信號(hào)輸出模塊，與所述相位/時(shí)序調(diào)整模塊相連，將所述相位/時(shí)序調(diào)整模塊 輸出的符合切比雪夫映射關(guān)系的I-M組光脈沖信號(hào)耦合為一組符合切比雪夫映射關(guān)系的 光混沌子序列，M為正整數(shù)。一種全光混沌序列發(fā)生方法，該方法包括將入射光按特定分光比分成I-N路不同光強(qiáng)的輸入光，分別用于激勵(lì)I(lǐng)-N個(gè)光混 沌子序列發(fā)生器對(duì)應(yīng)產(chǎn)生長(zhǎng)度任意的I-N路光混沌子序列；分別對(duì)I-N路光混沌子序列進(jìn)行延遲，使I-N路光混沌子序列按時(shí)序順序傳送；使I-N路光混沌子序列按順序混合成一個(gè)長(zhǎng)的光混沌序列輸出，N為正整數(shù)。所述輸入光激勵(lì)光混沌子序列發(fā)生器產(chǎn)生長(zhǎng)度任意的光混沌子序列，包括由I-M個(gè)馬赫-曾德?tīng)柛缮鎯x組成的馬赫-曾德?tīng)柛缮鎯x陣列構(gòu)成所述的光混沌 子序列發(fā)生器；由陣列中的每一個(gè)馬赫_曾德?tīng)柛缮鎯x按照預(yù)先設(shè)置的與所述輸入光的波長(zhǎng)相 對(duì)應(yīng)的工作參數(shù)，對(duì)輸入光進(jìn)行干涉處理，使馬赫_曾德?tīng)柛缮鎯x陣列輸出的I-M組光脈沖 信號(hào)的振幅滿足切比雪夫映射關(guān)系；調(diào)整馬赫-曾德?tīng)柛缮鎯x陣列輸出的I-M組光脈沖信號(hào)的相位和時(shí)序，使調(diào)整后 的I-M組光脈沖信號(hào)的相位相同，且按時(shí)序輸出；將按時(shí)序輸出的I-M組相位相同的所述光混沌序列耦合，得到符合切比雪夫映射 關(guān)系的光混沌子序列。由上述的技術(shù)方案可見(jiàn)，本發(fā)明的這種全光混沌序列發(fā)生器及全光混沌序列發(fā)生 方法，是在全光的環(huán)境下對(duì)入射光的光脈沖信號(hào)進(jìn)行處理，先生成多個(gè)光混沌子序列，再最 終混合成一長(zhǎng)的光混沌序列，整個(gè)過(guò)程不存在光_電-光轉(zhuǎn)換，實(shí)現(xiàn)非常簡(jiǎn)單，可以非常容 易地應(yīng)用于光通信系統(tǒng)。由于光混沌子序列的路數(shù)(N的選擇可控制最終生成的光混沌序 列的總長(zhǎng)度)及各混沌子序列的長(zhǎng)度(通過(guò)選擇M控制)可任意控制，加之各光混沌子序 列發(fā)生器可基于不同迭代函數(shù)設(shè)計(jì)，如采用切比雪夫迭代方程，或邏輯斯蒂(Logistic)迭 代方程，因而當(dāng)應(yīng)用于保密通信機(jī)中時(shí)，具有更強(qiáng)的保密特性。


圖1為本發(fā)明實(shí)施例的全光混沌序列發(fā)生器結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本發(fā)明實(shí)施例的全光混沌子序列發(fā)生器結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為本發(fā)明較佳實(shí)施例的全光混沌子序列發(fā)生器結(jié)構(gòu)示意圖；圖4為本發(fā)明較佳實(shí)施例的電壓控制模塊結(jié)構(gòu)示意圖；圖5為本發(fā)明實(shí)施例的全光混沌序列發(fā)生方法流程圖；圖6為本發(fā)明實(shí)施例的全光混沌子序列發(fā)生方法流程圖。
具體實(shí)施例方式為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下參照附圖并舉實(shí)施例，對(duì) 本發(fā)明進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。本發(fā)明主要利用一 N路不對(duì)稱光耦合器，將入射光按特定分光比分成N路不同光 強(qiáng)的輸入光，輸入光波長(zhǎng)與入射光波長(zhǎng)相同，當(dāng)入射光波長(zhǎng)改變時(shí)，輸入光的波長(zhǎng)也隨之改 變；輸入光激勵(lì)I(lǐng)-N個(gè)光混沌子序列發(fā)生器對(duì)應(yīng)產(chǎn)生長(zhǎng)度任意的I-N路光混沌子序列，光混 沌子序列發(fā)生器可以基于任意產(chǎn)生原理、任意迭代函數(shù)設(shè)計(jì)及采用任意的器件，如采用由M 個(gè)馬赫_曾德?tīng)柛缮鎯x構(gòu)成馬赫_曾德?tīng)柛缮鎯x陣列來(lái)組成光混沌子序列發(fā)生器，通過(guò)選 擇M而可改變子序列的長(zhǎng)度，采用的器件可以是干涉儀、非線性光纖環(huán)鏡或光柵等；I-N段 不同長(zhǎng)度的光纖延遲線對(duì)I-N路光混沌子序列進(jìn)行延遲，使I-N路光混沌子序列按時(shí)序順 序到達(dá)時(shí)分復(fù)用器，再由時(shí)分復(fù)用器將順序到達(dá)的I-N路混沌光子序列混合成一個(gè)長(zhǎng)的光 混沌序列輸出。利用馬赫-曾德?tīng)柛缮鎯x對(duì)輸入光進(jìn)行調(diào)制，得到光混沌子序列。其原理為光脈 沖信號(hào)在通過(guò)馬赫_曾德?tīng)柛缮鎯x時(shí)，其振幅和相位將會(huì)發(fā)生改變，而其振幅與相位的變 化值與馬赫_曾德?tīng)柛缮鎯x的兩臂臂長(zhǎng)和光脈沖的波長(zhǎng)相關(guān)，因此通過(guò)調(diào)整馬赫_曾德?tīng)?干涉儀的兩臂臂長(zhǎng)，可以控制經(jīng)過(guò)馬赫-曾德?tīng)柛缮鎯x輸出的光脈沖信號(hào)的振幅。通過(guò)合 理設(shè)計(jì)馬赫_曾德?tīng)柛缮鎯x陣列中各個(gè)馬赫_曾德?tīng)柛缮鎯x的兩臂臂長(zhǎng)，就可以使通過(guò)馬 赫_曾德?tīng)柛缮鎯x輸出的光脈沖的振幅排列滿足切比雪夫方程。因此通過(guò)M個(gè)馬赫-曾德?tīng)柛缮鎯x組成的陣列，并為馬赫-曾德?tīng)柛缮鎯x預(yù)先設(shè) 置與輸入的一定光強(qiáng)的光脈沖信號(hào)的波長(zhǎng)相對(duì)應(yīng)的工作參數(shù)，可以使經(jīng)過(guò)馬赫_曾德?tīng)柛?涉儀陣列輸出的M組光脈沖信號(hào)的振幅滿足切比雪夫映射關(guān)系。但由于經(jīng)過(guò)馬赫-曾德?tīng)柛缮鎯x輸出的光脈沖信號(hào)相比輸出前，其相位會(huì)有改 變，因此還需對(duì)馬赫-曾德?tīng)柛缮鎯x陣列輸出的多組光脈沖信號(hào)的相位進(jìn)行調(diào)整，使所有 經(jīng)過(guò)馬赫-曾德?tīng)柛缮鎯x輸出的光脈沖信號(hào)的相位一致或與輸入光的相同，并通過(guò)延遲等 手段，將所有經(jīng)過(guò)馬赫_曾德?tīng)柛缮鎯x輸出的光脈沖信號(hào)按時(shí)序順序輸出，即可得到符合 切比雪夫映射關(guān)系的光混沌子序列。圖1為本發(fā) 明實(shí)施例的全光混沌序列發(fā)生器結(jié)構(gòu)示意圖。如圖1所示，該全光混 沌序列發(fā)生器包括一個(gè)N路不對(duì)稱光耦合器101，I-N個(gè)光混沌子序列發(fā)生器102，I-N段光 纖延遲線(或光緩沖器)103，和一時(shí)分復(fù)用器104。N路不對(duì)稱光耦合器101，將入射光按特定分光比分成N路不同光強(qiáng)的輸入光，輸 入光與入射光的波長(zhǎng)相同，輸入光的波長(zhǎng)隨入射光波長(zhǎng)的改變而改變。I-N路不同光強(qiáng)的輸入光對(duì)應(yīng)送至I-N個(gè)光混沌子序列發(fā)生器102，分別用于激勵(lì)I(lǐng)-N個(gè)光混沌子序列發(fā)生器對(duì) 應(yīng)產(chǎn)生長(zhǎng)度任意的I-N路光混沌子序列，每路光混沌子序列的長(zhǎng)度可以是任意的，產(chǎn)生的 原理即迭代函數(shù)也可以是任意的，所使用的器件也可以任意的；I-N路光混沌子序列對(duì)應(yīng) 送至I-N段光纖延遲線103，通過(guò)采用不同長(zhǎng)度的I-N段光纖延遲線103使I-N路光混沌子 序列按時(shí)序順序到達(dá)時(shí)分復(fù)用器104，時(shí)分復(fù)用器使I-N路混沌光子序列按順序混合成一 個(gè)長(zhǎng)的光混沌序列輸出。圖2為本發(fā)明實(shí)施例的全光混沌子序列發(fā)生器的結(jié)構(gòu)示意圖，為圖1中102的原 理性結(jié)構(gòu)。該全光混沌子序列發(fā)生器102包括馬赫-曾德?tīng)柛缮鎯x陣列201和相位/時(shí) 序調(diào)整模塊202 ；所述馬赫-曾德?tīng)柛缮鎯x陣列，由M個(gè)馬赫-曾德?tīng)柛缮鎯x203組成，陣列中每 一個(gè)馬赫_曾德?tīng)柛缮鎯x203接收同一光強(qiáng)、同一波長(zhǎng)的一路輸入光脈沖信號(hào)；每一個(gè)馬 赫_曾德?tīng)柛缮鎯x203受輸入光脈沖信號(hào)激勵(lì)，按照預(yù)先設(shè)置的與輸入光脈沖信號(hào)的波長(zhǎng) 相對(duì)應(yīng)的工作參數(shù)，對(duì)輸入光脈沖信號(hào)進(jìn)行干涉，使馬赫_曾德?tīng)柛缮鎯x陣列201輸出的M 組光脈沖信號(hào)的振幅滿足切比雪夫映射關(guān)系。相位/時(shí)序調(diào)整模塊202，與馬赫-曾德?tīng)柛缮鎯x陣列201中的每個(gè)馬赫-曾德 爾干涉儀相連，用于調(diào)整馬赫_曾德?tīng)柛缮鎯x陣列201輸出的M組光脈沖信號(hào)的相位和時(shí) 序，使調(diào)整后的M組光脈沖信號(hào)的相位相同，且按時(shí)序順序輸出，用于得到符合切比雪夫映 射關(guān)系的光混沌子序列。其中，馬赫-曾德?tīng)柛缮鎯x陣列201中所包含的馬赫_曾德?tīng)柛缮鎯x203的具體 數(shù)量M可以根據(jù)在光通信系統(tǒng)中的實(shí)際需要確定，如果需要通信的安全性較高，可以設(shè)置 較多的馬赫_曾德?tīng)柛缮鎯x203，即增加光混沌子序列的長(zhǎng)度，以保證加密強(qiáng)度，反之則可 以設(shè)置較少的馬赫_曾德?tīng)柛缮鎯x(同理也可用于N的選擇)。通過(guò)上述的全光混沌子序列發(fā)生器結(jié)構(gòu)不難看出，在生成光混沌子序列的過(guò)程 中，輸入光脈沖信號(hào)始終以光的形式存在，完全不需要進(jìn)行光_電_光的轉(zhuǎn)換。 實(shí)際應(yīng)用中，為適應(yīng)單束輸入光脈沖信號(hào)，可以在單束光脈沖信號(hào)輸入馬赫-曾 德?tīng)柛缮鎯x陣列之前，將單束光脈沖信號(hào)分為多束相同的光脈沖信號(hào)，以滿足馬赫_曾德 爾干涉儀陣列的需要，并且在得到M路光混沌序列后，將其再次耦合為單束光脈沖信號(hào)，得 到一束攜帶光混沌序列的光脈沖信號(hào)。另外，由于馬赫-曾德?tīng)柛缮鎯x輸出的光脈沖信號(hào)的振幅不僅與工作參數(shù)，如兩 臂(上臂與下臂)臂長(zhǎng)相關(guān)，還與輸入的光脈沖信號(hào)的波長(zhǎng)、光強(qiáng)相關(guān)，預(yù)先設(shè)定的工作參 數(shù)只能保證特定波長(zhǎng)的光脈沖信號(hào)經(jīng)馬赫_曾德?tīng)柛缮鎯x輸出后滿足切比雪夫映射關(guān)系， 如果輸入的光脈沖信號(hào)的波長(zhǎng)與特定的波長(zhǎng)不符，則無(wú)法得到滿足切比雪夫映射關(guān)系的光 混沌序列。此時(shí)可以相應(yīng)調(diào)整馬赫-曾德?tīng)柛缮鎯x預(yù)設(shè)的工作參數(shù)，使之與新的波長(zhǎng)對(duì)應(yīng)， 但調(diào)整馬赫_曾德?tīng)柛缮鎯x的兩臂臂長(zhǎng)是很困難的，這樣的調(diào)整在輸入的光脈沖信號(hào)的波 長(zhǎng)經(jīng)常改變的情況下，或是快速改變的情況下，是不能接受的。因此，較佳地，還可以利用馬 赫_曾德?tīng)柛缮鎯x的兩臂對(duì)于光脈沖信號(hào)的折射率隨驅(qū)動(dòng)電壓變化而變化的特性，設(shè)置一 個(gè)電壓控制模塊，通過(guò)改變馬赫_曾德?tīng)柛缮鎯x的驅(qū)動(dòng)電壓，使本發(fā)明的全光混沌序列發(fā) 生器可以適應(yīng)不同的輸入光脈沖信號(hào)的波長(zhǎng)，且相比直接調(diào)整馬赫-曾德?tīng)柛缮鎯x的兩臂 臂長(zhǎng)要更加快速、簡(jiǎn)單。
為解決上述問(wèn)題，本發(fā)明還提供了一種較佳的實(shí)施方式。圖3為本發(fā)明較佳實(shí)施 例的全光混沌子序列發(fā)生器結(jié)構(gòu)示意圖，如圖3所示，該全光混沌子序列發(fā)生器除包括馬 赫_曾德?tīng)柛缮鎯x陣列301和相位/時(shí)序調(diào)整模塊302之外，還進(jìn)一步包括信號(hào)輸入模塊304，用于將輸入光(N路不對(duì)稱光耦合器的任意一路輸出)脈沖信 號(hào)分為M組相同的光脈沖信號(hào)，其中分光的組數(shù)與所述馬赫-曾德?tīng)柛缮鎯x陣列301中馬 赫_曾德?tīng)柛缮?儀303的個(gè)數(shù)對(duì)應(yīng)，分出的每一組光脈沖信號(hào)輸入一個(gè)馬赫_曾德?tīng)柛缮?儀303。信號(hào)輸入模塊304可以采用1:M光耦合器實(shí)現(xiàn)。信號(hào)輸出模塊305，與相位/時(shí)序調(diào)整模塊302相連，將相位/時(shí)序調(diào)整模塊輸出 的由M組光脈沖信號(hào)組成的符合切比雪夫映射關(guān)系的光混沌序列耦合為一束攜帶所述光 混沌子序列的光脈沖信號(hào)。信號(hào)輸出模塊305可以采用M: 1光耦合器實(shí)現(xiàn)。 電壓控制模塊306，與信號(hào)輸入模塊304及馬赫-曾德?tīng)柛缮鎯x陣列301中的每一 個(gè)馬赫_曾德?tīng)柛缮鎯x303分別相連，用于根據(jù)輸入馬赫_曾德?tīng)柛缮鎯x陣列301的光脈沖 信號(hào)的波長(zhǎng)信息，按照預(yù)設(shè)的波長(zhǎng)與驅(qū)動(dòng)電壓的對(duì)應(yīng)關(guān)系，為所有馬赫_曾德?tīng)柛缮鎯x303 分配驅(qū)動(dòng)電壓，使馬赫_曾德?tīng)柛缮鎯x303按照分配的驅(qū)動(dòng)電壓工作。其中，相位/時(shí)序調(diào)整模塊302中具體可以包括與馬赫_曾德?tīng)柛缮鎯x陣列301 中馬赫-曾德?tīng)柛缮鎯x303的數(shù)量相同的延時(shí)單元307及移相單元308 ；其中每一個(gè)馬 赫_曾德?tīng)柛缮鎯x303對(duì)應(yīng)一個(gè)延時(shí)單元307及一個(gè)移相單元308。其中，每一個(gè)延時(shí)單元307與一個(gè)馬赫_曾德?tīng)柛缮鎯x303相連，將馬赫-曾德?tīng)?干涉儀303輸出的振幅滿足切比雪夫映射關(guān)系的混沌光脈沖信號(hào)進(jìn)行延時(shí)；所有的延時(shí)單 元307共同作用，使所有馬赫_曾德?tīng)柛缮鎯x303輸出的光脈沖信號(hào)在時(shí)序上順序排列。延 時(shí)單元307可以采用光纖延遲線或光緩沖等實(shí)現(xiàn)，可以按時(shí)序要求設(shè)計(jì)光纖延遲線的長(zhǎng)度 和光緩存的級(jí)數(shù)。每一個(gè)移相單元308與一個(gè)延時(shí)單元307相連，所有的移相單元308共同作用，將 所有延時(shí)單元輸出的光脈沖信號(hào)調(diào)整為相同相位，例如調(diào)整為與輸入馬赫-曾德?tīng)柛缮鎯x 303之前的光脈沖信號(hào)相同的相位。所有移相單元308輸出的光脈沖信號(hào)，將進(jìn)入信號(hào)輸出 模塊305，輸出光混沌子序列。移相單元308可以采用移相器實(shí)現(xiàn)。當(dāng)然，移相單元308和延時(shí)單元307的位置也可以對(duì)調(diào)，即移相單元308與馬 赫_曾德?tīng)柛缮鎯x303相連，而延時(shí)單元307與信號(hào)輸出模塊305相連。圖4為本發(fā)明較佳實(shí)施例的電壓控制模塊結(jié)構(gòu)示意圖，如圖2中306的具體結(jié)構(gòu)。 所述電壓控制模塊包括分光單元401、延遲單元402、波長(zhǎng)檢測(cè)單元403和電壓分配控制單 元 404。所述分光單元401，將輸入光脈沖信號(hào)(來(lái)自不對(duì)稱光耦合器的一路輸入光)分為 相同的兩路光脈沖信號(hào)，其中一路傳送給波長(zhǎng)檢測(cè)單元403，另一路傳送給延遲單元402。所述波長(zhǎng)檢測(cè)單元403，與分光單元401及電壓分配控制單元404分別相連，用于 檢測(cè)輸入光脈沖信號(hào)的波長(zhǎng)，并將檢測(cè)結(jié)果發(fā)送給電壓分配控制單元404。其中，波長(zhǎng)檢測(cè) 器發(fā)送的可以是一組控制信號(hào)，該控制信號(hào)攜帶波長(zhǎng)信息，并指導(dǎo)電壓分配控制單元404 分配驅(qū)動(dòng)電壓。所述電壓分配控制單元404，與波長(zhǎng)檢測(cè)單元403及圖3所示的馬赫-曾德?tīng)柛缮?儀陣列301 (圖4中的401)中的每一個(gè)馬赫_曾德?tīng)柛缮鎯x303分別相連，用于根據(jù)波長(zhǎng)檢測(cè)單元403發(fā)來(lái)的檢測(cè)結(jié)果，從自身保存的記載著波長(zhǎng)與驅(qū)動(dòng)電壓對(duì)照關(guān)系的電壓控制 表中讀取相應(yīng)的一組驅(qū)動(dòng)電壓值，將該組電壓值對(duì)應(yīng)分配給馬赫-曾德?tīng)柛缮鎯x陣列401 中的每一個(gè)馬赫-曾德?tīng)柛缮鎯x，使每一個(gè)馬赫-曾德?tīng)柛缮鎯x工作在分配的驅(qū)動(dòng)電壓下。所述延遲單元402，與分光單元401及圖2所示的信號(hào)輸入模塊304(圖4中的 404)分別相連，對(duì)接收到的輸入光脈沖信號(hào)進(jìn)行延遲，使光脈沖信號(hào)在電壓分配控制單元 404完成對(duì)馬赫-曾德?tīng)柛缮鎯x陣列401的驅(qū)動(dòng)電壓分配，并使每一個(gè)馬赫_曾德?tīng)柛缮鎯x 303工作在分配的驅(qū)動(dòng)電壓下之后，再傳送到所述信號(hào)輸入模塊，以保證能夠得到正確的光 混沌子序列。在上述實(shí)施例中，由于輸出的光脈沖信號(hào)的振幅可由電壓控制模塊控制，因此，當(dāng) 需要適應(yīng)新的波長(zhǎng)的光脈沖信號(hào)時(shí)，只需要在電壓控制模塊中的電壓控制表中添加新的波 長(zhǎng)與驅(qū)動(dòng)電壓的對(duì)應(yīng)關(guān)系即可，使全光混沌序列發(fā)生器的升級(jí)方便，簡(jiǎn)單易行。另外，根據(jù)本發(fā)明生成光混沌序列的原理，本發(fā)明還提供一種通用的全光混沌序 列發(fā)生方法。圖5為本發(fā)明實(shí)施例的全光混沌序列發(fā)生方法流程圖，如圖5所示，該方法包 括步驟501，將入射光按特定分光比分成N路不同光強(qiáng)的輸入光，輸入光波長(zhǎng)與入射 光波長(zhǎng)相同，并隨入射光波長(zhǎng)的改變而改變；

步驟502，用N路不同光強(qiáng)的輸入光分別激勵(lì)N個(gè)光混沌子序列發(fā)生器，對(duì)應(yīng)產(chǎn)生 長(zhǎng)度任意的N路光混沌子序列，其激勵(lì)的較佳實(shí)施方式在圖6中說(shuō)明；步驟503，分別對(duì)N路光混沌子序列進(jìn)行延遲，使N路光混沌子序列按時(shí)序順序傳 送；步驟504，將N路混沌光子序列按順序混合成一個(gè)長(zhǎng)的光混沌序列輸出。圖6示出用某一種光強(qiáng)的輸入光激勵(lì)一個(gè)混沌子序列發(fā)生器，產(chǎn)生一路長(zhǎng)度任意 的光混沌子序列的實(shí)施步驟。本實(shí)施例采用基于切比雪夫映射的馬赫-曾德?tīng)柛缮鎯x來(lái)實(shí) 施混沌子序列發(fā)生器，也可基于任意迭代函數(shù)(如邏輯斯蒂(Logistic)迭代函數(shù))、任意器 件實(shí)現(xiàn)，各混沌子序列發(fā)生器可以基于相同的迭代函數(shù)、相同的器件實(shí)現(xiàn)，也可基于不同的 迭代函數(shù)、不同的器件實(shí)現(xiàn)。步驟601，在由M個(gè)馬赫-曾德?tīng)柛缮鎯x構(gòu)成的馬赫_曾德?tīng)柛缮鎯x陣列中，每一 個(gè)馬赫_曾德?tīng)柛缮鎯x按照預(yù)先設(shè)置的與輸入的光脈沖信號(hào)的波長(zhǎng)、光強(qiáng)相對(duì)應(yīng)的工作參 數(shù)，對(duì)輸入的光脈沖信號(hào)進(jìn)行干涉處理，使馬赫_曾德?tīng)柛缮鎯x陣列輸出的M組光脈沖信號(hào) 的振幅滿足切比雪夫映射關(guān)系。具體馬赫_曾德?tīng)柛缮鎯x中的工作參數(shù)，即兩臂臂長(zhǎng)如何調(diào)整和設(shè)置，可以根據(jù) 輸入光脈沖信號(hào)的波長(zhǎng)及切比雪夫方程計(jì)算得知，這屬于本領(lǐng)域公知的計(jì)算方法，這里不 再贅述。步驟602，調(diào)整馬赫-曾德?tīng)柛缮鎯x陣列輸出的M組光脈沖信號(hào)的相位和時(shí)序，使 調(diào)整后的M組光脈沖信號(hào)的相位相同，且按時(shí)序順序輸出，得到符合切比雪夫映射關(guān)系的 光混沌子序列。其中，為適應(yīng)不同輸入光脈沖信號(hào)的波長(zhǎng)，在步驟601之前，還可以先根據(jù)輸入馬 赫-曾德?tīng)柛缮鎯x陣列的光脈沖信號(hào)的波長(zhǎng)信息，按照預(yù)設(shè)的波長(zhǎng)與驅(qū)動(dòng)電壓的對(duì)應(yīng)關(guān) 系，為所有馬赫-曾德?tīng)柛缮鎯x分配驅(qū)動(dòng)電壓，使馬赫_曾德?tīng)柛缮鎯x按照分配的驅(qū)動(dòng)電壓工作。其中波長(zhǎng)與驅(qū)動(dòng)電壓的對(duì)應(yīng)關(guān)系及具體電壓值，可以根據(jù)馬赫-曾德?tīng)柛缮鎯x兩臂 對(duì)光脈沖信號(hào)的折射率與電壓的對(duì)應(yīng)關(guān)系計(jì)算得到，這屬于本領(lǐng)域公知的計(jì)算方法，這里 不再贅述。其中，按照預(yù)設(shè)的波長(zhǎng)與驅(qū)動(dòng)電壓的對(duì)應(yīng)關(guān)系，為所有馬赫-曾德?tīng)柛缮鎯x分配 驅(qū)動(dòng)電壓的具體操作如下從預(yù)先設(shè)置的電壓控制表中讀取與所述波長(zhǎng)信息相對(duì)應(yīng)的一組驅(qū)動(dòng)電壓值，將該 組電壓值對(duì)應(yīng)分配給馬赫_曾德?tīng)柛缮鎯x陣列中的每一個(gè)馬赫_曾德?tīng)柛缮鎯x。由上述的實(shí)施例可見(jiàn)，本發(fā)明的這種全光混沌序列發(fā)生器及全光混沌序列發(fā)生方 法，是在全光的環(huán)境下對(duì)光脈沖信號(hào)進(jìn)行處理，產(chǎn)生的混沌序列符合切比雪夫迭代方程。整 個(gè)過(guò)程不存在光-電-光轉(zhuǎn)換，實(shí)現(xiàn)非常簡(jiǎn)單。且在入射信號(hào)光波長(zhǎng)改變的情況下，可以通 過(guò)改變驅(qū)動(dòng)電壓，仍然能得到滿足切比雪夫方程的光混沌序列，應(yīng)用范圍更廣。應(yīng)該了解，僅基于全光混沌子序列發(fā)生器生成混沌子序列，也具有相當(dāng)?shù)谋Ｃ苄裕?但由于混沌的最終計(jì)算結(jié)果會(huì)受到計(jì)算精度的影響，因此在計(jì)算機(jī)上通過(guò)迭代映射生成的 混沌子序列的動(dòng)力特性將會(huì)退化，最終導(dǎo)致子序列出現(xiàn)周期性，潛在威脅到混沌系統(tǒng)的安 全性。本發(fā)明的全光混沌序列發(fā)生器由N路全光混沌子序列發(fā)生器構(gòu)成，每路全光混沌子 序列發(fā)生器產(chǎn)生的一路混沌子序列又由M組光脈沖組合，即N 與M都是可控的，入射光的波 長(zhǎng)可控、不對(duì)稱光耦合器的分光比可控、輸入光強(qiáng)度可控，每路全光混沌子序列發(fā)生器又可 以任意選擇迭代函數(shù)，因而最終獲得的就可以是一個(gè)不存在動(dòng)力退化、不會(huì)產(chǎn)生短周期現(xiàn) 象的長(zhǎng)全光混沌序列。所應(yīng)理解的是，以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施方式而已，并不用于限定本發(fā)明 的保護(hù)范圍，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含 在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種全光混沌序列發(fā)生器，其特征在于，該全光混沌序列發(fā)生器包括一 I-N路不對(duì) 稱光耦合器，I-N個(gè)光混沌子序列發(fā)生器，I-N個(gè)光延遲器，和一時(shí)分復(fù)用器；I-N路不對(duì)稱光耦合器，將入射光按特定分光比分成I-N路不同光強(qiáng)的輸入光，對(duì)應(yīng)送 至I-N個(gè)光混沌子序列發(fā)生器，用于激勵(lì)I(lǐng)-N個(gè)光混沌子序列發(fā)生器對(duì)應(yīng)產(chǎn)生長(zhǎng)度任意的 I-N路光混沌子序列；I-N路光混沌子序列對(duì)應(yīng)送至I-N個(gè)光延遲器，I-N個(gè)光延遲器使I-N 路光混沌子序列按時(shí)序順序到達(dá)時(shí)分復(fù)用器，時(shí)分復(fù)用器使I-N路光混沌子序列按時(shí)序順 序混合成一個(gè)長(zhǎng)的光混沌序列輸出，N為正整數(shù)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的全光混沌序列發(fā)生器，其特征在于，所述的光混沌子序列發(fā) 生器，包括信號(hào)輸入模塊，馬赫-曾德?tīng)柛缮鎯x陣列、相位/時(shí)序調(diào)整模塊和信號(hào)輸出模塊； 所述信號(hào)輸入模塊，用于將所述不對(duì)稱光耦合器輸出的一路輸入光分為1至M組相同 的輸入光脈沖信號(hào)，其中分光的組數(shù)與所述馬赫-曾德?tīng)柛缮鎯x陣列中馬赫-曾德?tīng)柛缮?儀的個(gè)數(shù)對(duì)應(yīng)，分出的每一組輸入光脈沖信號(hào)輸入一個(gè)馬赫-曾德?tīng)柛缮鎯x；所述馬赫-曾德?tīng)柛缮鎯x陣列，由I-M個(gè)馬赫-曾德?tīng)柛缮鎯x組成，每一個(gè)馬赫-曾德 爾干涉儀接收所述的一路輸入光；所述每一個(gè)馬赫-曾德?tīng)柛缮鎯x按照預(yù)先設(shè)置的與所述 輸入光的波長(zhǎng)相對(duì)應(yīng)的工作參數(shù)，對(duì)輸入光進(jìn)行干涉，使馬赫-曾德?tīng)柛缮鎯x陣列輸出的 I-M組光脈沖信號(hào)的振幅滿足切比雪夫映射關(guān)系；所述相位/時(shí)序調(diào)整模塊，與所述馬赫-曾德?tīng)柛缮鎯x陣列中的每個(gè)馬赫-曾德?tīng)柛?涉儀相連，用于調(diào)整馬赫-曾德?tīng)柛缮鎯x陣列輸出的I-M組符合切比雪夫映射關(guān)系的光脈 沖信號(hào)的相位和時(shí)序，使調(diào)整后的I-M組光脈沖信號(hào)的相位相同，且按時(shí)序順序輸出；所述信號(hào)輸出模塊，與所述相位/時(shí)序調(diào)整模塊相連，將所述相位/時(shí)序調(diào)整模塊輸出 的符合切比雪夫映射關(guān)系的I-M組光脈沖信號(hào)耦合為一組符合切比雪夫映射關(guān)系的光混 沌子序列，M為正整數(shù)。
3.如權(quán)利要求2所述的全光混沌序列發(fā)生器，其特征在于，所述相位/時(shí)序調(diào)整模塊， 包括與所述馬赫-曾德?tīng)柛缮鎯x陣列中馬赫-曾德?tīng)柛缮鎯x的數(shù)量相同的延時(shí)單元及移相 單元；其中每一個(gè)馬赫-曾德?tīng)柛缮鎯x對(duì)應(yīng)一個(gè)延時(shí)單元及一個(gè)移相單元；所述延時(shí)單元與馬赫-曾德?tīng)柛缮鎯x相連，對(duì)馬赫-曾德?tīng)柛缮鎯x輸出的光脈沖信號(hào) 進(jìn)行延時(shí)；使所有馬赫-曾德?tīng)柛缮鎯x輸出的光脈沖信號(hào)在時(shí)序上順序排列；所述移相單元與一個(gè)延時(shí)單元相連，將所有延時(shí)單元輸出的光脈沖信號(hào)調(diào)整為相同相位。
4.如權(quán)利要求2所述的全光混沌序列發(fā)生器，其特征在于，該全光混沌子序列發(fā)生器 進(jìn)一步包括電壓控制模塊，與所述不對(duì)稱光耦合器、所述信號(hào)輸入模塊及所述馬赫-曾德?tīng)柛缮?儀陣列中的每一個(gè)馬赫-曾德?tīng)柛缮鎯x分別相連；根據(jù)所述輸入光的波長(zhǎng)信息，按照預(yù)設(shè) 的波長(zhǎng)與驅(qū)動(dòng)電壓的對(duì)應(yīng)關(guān)系，為所有馬赫-曾德?tīng)柛缮鎯x分配驅(qū)動(dòng)電壓，使馬赫-曾德?tīng)?干涉儀按照分配的驅(qū)動(dòng)電壓工作，和向所述信號(hào)輸入模塊提供所述的輸入光。
5.如權(quán)利要求4所述的全光混沌序列發(fā)生器，其特征在于，所述電壓控制模塊包括分光單元、延遲單元、波長(zhǎng)檢測(cè)單元和電壓分配控制單元； 所述分光單元，將由所述不對(duì)稱光耦合器輸出的一路輸入光分為相同的兩路輸入光，其中一路傳送給波長(zhǎng)檢測(cè)單元，另一路傳送給延遲單元；所述波長(zhǎng)檢測(cè)單元，與所述分光單元及電壓分配控制單元分別相連，用于檢測(cè)所述輸 入光的波長(zhǎng)，并將檢測(cè)結(jié)果發(fā)送給電壓分配控制單元；所述電壓分配控制單元，與所述波長(zhǎng)檢測(cè)單元及馬赫-曾德?tīng)柛缮鎯x陣列中的每一個(gè) 馬赫-曾德?tīng)柛缮鎯x分別相連，用于根據(jù)所述波長(zhǎng)檢測(cè)器發(fā)來(lái)的檢測(cè)結(jié)果，從自身保存的 電壓控制表中讀取相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)電壓值，將該電壓值分配給馬赫-曾德?tīng)柛缮鎯x陣列中的每 一個(gè)馬赫-曾德?tīng)柛缮鎯x，使每一個(gè)馬赫-曾德?tīng)柛缮鎯x工作在所述分配的驅(qū)動(dòng)電壓下；所述延遲單元，與所述分光單元及所述的信號(hào)輸入模塊分別相連，對(duì)來(lái)自分光單元的 輸入光進(jìn)行延遲，使輸入光延遲到所述電壓分配控制單元完成馬赫-曾德?tīng)柛缮鎯x陣列的 驅(qū)動(dòng)電壓分配，并使每一個(gè)馬赫-曾德?tīng)柛缮鎯x工作在所述分配的驅(qū)動(dòng)電壓下之后，再傳 送到所述信號(hào)輸入模塊。
6.一種全光混沌序列發(fā)生方法，其特征在于，該方法包括將入射光按特定分光比分成I-N路不同光強(qiáng)的輸入光，分別用于激勵(lì)I(lǐng)-N個(gè)光混沌子 序列發(fā)生器對(duì)應(yīng)產(chǎn)生長(zhǎng)度任意的I-N路光混沌子序列；分別對(duì)I-N路光混沌子序列進(jìn)行延遲，使I-N路光混沌子序列按時(shí)序順序傳送； 使I-N路光混沌子序列按順序混合成一個(gè)長(zhǎng)的光混沌序列輸出，N為正整數(shù)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種全光混沌序列發(fā)生方法，其特征在于 所述輸入光激勵(lì)光混沌子序列發(fā)生器產(chǎn)生長(zhǎng)度任意的光混沌子序列，包括由I-M個(gè)馬赫-曾德?tīng)柛缮鎯x組成的馬赫-曾德?tīng)柛缮鎯x陣列構(gòu)成所述的光混沌子序 列發(fā)生器；由陣列中的每一個(gè)馬赫-曾德?tīng)柛缮鎯x按照預(yù)先設(shè)置的與所述輸入光的波長(zhǎng)相對(duì)應(yīng) 的工作參數(shù)，對(duì)輸入光進(jìn)行干涉處理，使馬赫-曾德?tīng)柛缮鎯x陣列輸出的I-M組光脈沖信號(hào) 的振幅滿足切比雪夫映射關(guān)系；調(diào)整馬赫-曾德?tīng)柛缮鎯x陣列輸出的I-M組光脈沖信號(hào)的相位和時(shí)序，使調(diào)整后的I-M 組光脈沖信號(hào)的相位相同，且按時(shí)序輸出；將按時(shí)序輸出的I-M組相位相同的所述光混沌序列耦合，得到符合切比雪夫映射關(guān)系 的光混沌子序列，M為正整數(shù)。
8.如權(quán)利要求7所述的全光混沌序列發(fā)生方法，其特征在于，所述對(duì)輸入光進(jìn)行干涉 處理，包括根據(jù)輸入馬赫-曾德?tīng)柛缮鎯x陣列的輸入光的波長(zhǎng)信息，按照預(yù)設(shè)的波長(zhǎng)與馬赫-曾 德?tīng)柛缮鎯x兩臂臂長(zhǎng)的對(duì)應(yīng)關(guān)系，調(diào)整各馬赫-曾德?tīng)柛缮鎯x的上下臂臂長(zhǎng)。
9.如權(quán)利要求8所述的全光混沌序列發(fā)生方法，其特征在于，所述調(diào)整各馬赫-曾德?tīng)?干涉儀的上下臂臂長(zhǎng)，進(jìn)一步包括按照預(yù)設(shè)的波長(zhǎng)與驅(qū)動(dòng)電壓的對(duì)應(yīng)關(guān)系，為所有馬赫-曾德?tīng)柛缮鎯x分配驅(qū)動(dòng)電壓， 使馬赫-曾德?tīng)柛缮鎯x按照分配的驅(qū)動(dòng)電壓工作。
10.如權(quán)利要求9所述的全光混沌序列發(fā)生方法，其特征在于，所述按照預(yù)設(shè)的波長(zhǎng)與 驅(qū)動(dòng)電壓的對(duì)應(yīng)關(guān)系，為所有馬赫-曾德?tīng)柛缮鎯x分配驅(qū)動(dòng)電壓，包括從預(yù)先設(shè)置的電壓控制表中讀取與所述波長(zhǎng)信息相對(duì)應(yīng)的一組驅(qū)動(dòng)電壓值，將該組電 壓值對(duì)應(yīng)分配給馬赫-曾德?tīng)柛缮鎯x陣列中的每一個(gè)馬赫-曾德?tīng)柛缮鎯x。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種用于產(chǎn)生全光混沌序列的發(fā)生器及發(fā)生方法。包括不對(duì)稱光耦合器，對(duì)入射光分光，對(duì)應(yīng)送至1-N個(gè)光混沌子序列發(fā)生器，用于激勵(lì)產(chǎn)生對(duì)應(yīng)的長(zhǎng)度任意的1-N路光混沌子序列；再經(jīng)光延遲器和時(shí)分復(fù)用器，使1-N路光混沌子序列按時(shí)序順序混合成一個(gè)長(zhǎng)的光混沌序列輸出。每個(gè)混沌子序列發(fā)生器可以采用由1-M個(gè)馬赫-曾德?tīng)柛缮鎯x構(gòu)成的馬赫-曾德?tīng)柛缮鎯x陣列，按照預(yù)先設(shè)置的與波長(zhǎng)、光強(qiáng)相對(duì)應(yīng)的工作參數(shù)，對(duì)輸入光進(jìn)行干涉，使馬赫-曾德?tīng)柛缮鎯x陣列輸出的M組光脈沖信號(hào)的振幅滿足切比雪夫映射關(guān)系。該發(fā)生器及方法不存在光-電-光轉(zhuǎn)換，無(wú)動(dòng)力特征退化等。
文檔編號(hào)H04Q11/00GK102088347SQ20091024204
公開(kāi)日2011年6月8日 申請(qǐng)日期2009年12月3日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月3日
發(fā)明者余重秀, 劉會(huì)師, 尹霄麗, 張琦, 忻向軍, 房杰, 桑新柱, 王擁軍, 王葵如, 趙同剛, 馬建新 申請(qǐng)人:北京郵電大學(xué)