1 太原理工大学新型传感器与智能控制教育部/山西省重点实验室，山西 太原 030024
2 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所应用光学国家重点实验室，吉林 长春 130033
3 广东工业大学广东省信息光子技术重点实验室，广东 广州 510006
4 大连理工大学光电工程与仪器学院，辽宁 大连 116024
对主从开环结构下，混沌激光偏振度对混沌同步质量的影响进行实验研究。在背靠背和200 km传输条件下，分析混沌激光偏振度以及同步质量的演变规律，发现随着距离和时间的增加，混沌激光偏振度逐渐减小，导致激光器的有效注入强度降低，进而削弱了注入锁定效应，恶化了主从混沌同步质量。增大注入强度可以提高同步质量对偏振度变化的容忍度，有助于实现稳定的长距离混沌激光同步。
激光器 光偏振度 混沌激光 混沌同步 混沌保密通信 光学学报
2023, 43(21): 2114003
Author Affiliations
Abstract
1 Key Laboratory of Advanced Transducers & Intelligent Control Systems, Ministry of Education and Shanxi Province, College of Physics & Optoelectronic Engineering, Taiyuan University of Technology, Taiyuan 030024, China
2 Guangdong Provincial Key Laboratory of Photonics Information Technology, School of Information Engineering, Guangdong University of Technology, Guangzhou 510006, China
An optical scrambler using a whispering-gallery-mode (WGM) micro-bottle cavity to scramble a complex optical signal to generate an uncorrelated output is proposed. We experimentally demonstrated this micro-cavity scrambler by using chaotic laser light as the incident signal and studied the influence of the coupling state. Experiments achieved full scrambling with a low cross correlation of 0.028 between the output and the input. Results indicate that the scrambling effect originates from the interference among numerous WGMs in the bottle cavity. It is believed that the micro-bottle cavity with an efficient scrambling function can become a promising candidate for encryption.
scrambler encryption whispering gallery mode micro-bottle cavity secure communication Chinese Optics Letters
2023, 21(6): 060601
1 航天器在轨故障诊断与维修重点实验室，陕西 西安 710043
2 中国西安卫星测控中心，陕西 西安 710043
光纤保密通信是解决电域加解密“速率瓶颈”和光网络潜在安全威胁的一种有效途径，而实现光纤保密通信的前提是完成密码同步。为保证光纤保密通信系统成功解密，本课题组设计了一种新的全光同步方案，推导出了光纤信道传播时延差的计算公式，详细阐述了全光同步实现过程。采用OptiSystem软件分别在10 Gbit/s和40 Gbit/s加解密速率下进行了全光同步仿真实验，测试分析了密码同步状态对解密输出性能的影响，解密输出数据均与原始明文数据完全相同，而且都保持了较好的输出性能。研究结果表明，所提全光同步方案切实可行，既适用于10 Gbit/s信道速率，也适用于40 Gbit/s信道速率，既适用于常规光纤链路，也适用于经过色散补偿的光纤链路，可以有效解决光纤保密通信中的全光密码同步问题，对光纤保密通信系统的研制开发具有一定的参考价值。
光通信 光纤保密通信 全光同步 时延校正 波分复用 色散 光纤传播时延差
西藏民族大学信息工程学院,陕西 咸阳 712000
基于 GHZ 态粒子与单光子的结合, 提出一种量子安全直接通信协议。该协议中 Alice 先将信息编码, 然后将所有 GHZ 态粒子分为 S1, S2 和 S3 三部分。Alice 先将 S1 发给 Bob 并对信道安全性做检测, 再将 S2 和单光子 SS 混合,经顺序重排和添加诱骗粒子后发给 Bob 并做安全检测, 再将 S3 和 SS混合并重复上述操作, 最后由 Bob 测量并解码。该协议可省去复杂的酉运算, 简化协议实现过程, 并且顺序重排和诱骗粒子的结合确保了协议的安全性。此外, 单光子和 GHZ 态的混合使得在一个量子态上加载了 4 bits 的经典信息, 极大地增加了编码容量, 提高了传输效率。
量子光学 GHZ态 量子安全通信 传输效率 quantum optics GHZ state quantum secure communication transmission efficiency
为了提高量子安全传输效率, 采用n粒子Greenberger-Horne-Zeilinger（GHZ）态的特性, 对其与单光子混合的量子安全直接通信进行了研究, 设计了通信的执行过程, 讨论了通信的传输效率、量子比特利用率和编码容量, 并对其安全性进行了理论分析。结果表明, 该方案可以将信息的编码容量提升至(n+1)bit, 将传输效率提升至200%。该协议能够抵御截获重发和测量重发攻击、特洛伊木马攻击和拒绝服务攻击以及辅助粒子攻击和纠缠攻击。
物理光学 n粒子Greenberger-Horne-Zeilinger态 量子安全通信 编码容量 physical optics n-particle Greenberger-Horne-Zeilinger state quantum secure communication coding capacity
1 太原理工大学新型传感器与智能控制教育部重点实验室，山西 太原 030024
2 太原理工大学物理与光电工程学院，山西 太原 030024
提出一种基于对称相移键控混沌同步的高速密钥安全分发方案：混沌驱动信号对称地经过两个非平衡马赫-曾德尔干涉仪驱动无外腔反馈的响应激光器，并通过随机键控马赫-曾德尔干涉仪中的相位调制器实现相移键控混沌同步。通信双方对相移键控混沌同步时序进行双阈值量化产生随机密钥，然后交换、对比键控参数并筛选出参数相同(即键控相位相同)时的随机密钥作为一致密钥，实现密钥分发。本方案中，混沌驱动信号经过非平衡马赫-曾德尔干涉仪产生了基于延时自干涉的非线性变换，降低了驱动信号与响应信号之间的相关性(～0.25)，提高了密钥分发的安全性。此外，利用共驱无外腔反馈响应激光器构成开环同步结构，缩短混沌同步恢复时间至～1.8 ns，提高了密钥分发速率。数值仿真结果表明，在误码率为3.8×10-3的条件下，可实现1.28 Gbit/s的高速密钥安全分发。
光通信 半导体激光器 混沌激光 混沌同步 密钥分发 保密通信
中国人民解放军信息工程大学基础部，河南 郑州 450001
通过数值计算和实验研究了外部光注入和光反馈双重调制的半导体激光器混沌有效带宽和延时特征。实验结果表明，该方案可以获得较大的混沌信号带宽，与单一光反馈调制的半导体激光器相比，双重调制的半导体激光器的延时特征明显减弱。这与数值计算的结果吻合得较好，说明该方案能更好地提升基于混沌激光保密通信的保密性能。同时实验研究发现，激光器在频率负失谐区域能够获得更大的有效带宽和更小的延时特征峰，在频率正失谐区域延时特征抑制会有明显的恶化。
激光器 混沌 保密通信 延时特征 带宽 频率失谐 激光与光电子学进展
2021, 58(17): 1714003
1 全球能源互联网研究院有限公司，北京 102209
2 国家电网有限公司 电力通信网络技术实验室，北京 102209
3 北京邮电大学 信息光子学与光通信国家重点实验室，北京 100876
针对光网络物理层安全通信问题，提出了基于低密度奇偶校验(LDPC)码的相干通信量子噪声流加密(QNSC)系统方案，将码率为9/10的LDPC码和离散傅里叶变换正交频分复用(DFT-OFDM)技术应用在系统方案中，最后对该方案进行了实验验证。实验结果表明：经过传输跨距为40 km、80 km、120 km和160 km的标准单模光纤后，LDPC码有效地降低了系统误码率，改善了系统通信的安全性，同时不会对系统的基本性能造成影响。
安全通信 量子噪声流加密 误码率 低密度奇偶校验 传输性能 secure communication quantum noise stream encryption bit error rate low density parity check transmission performance
针对人们对高速、长距、大容量通信和信息安全的迫切需求，结合当前科研进展，概述了基于高速混沌光的保密通信系统现状与关键技术，重点介绍了高速混沌光通信的研究进展，主要包括提升混沌光系统带宽和安全性、高阶信号调制编码技术以及基于深度学习的神经网络。最后对高速混沌光保密通信的发展进行了展望。
混沌光保密通信 高速 长距 大容量 安全性 chaotic optical secure communication high speed long distance large capacity security
荆楚理工学院 数理学院, 湖北 荆门 448000
为了满足保密通信的需求, 提出了一种基于3个半导体环形激光器(SRL)进行双路混沌通信的方案, 数值仿真后给出了几种情况下的时间序列、自相关图与眼图, 并讨论了传输距离对通信质量的影响。研究表明: 驱动SRL(D-SRL)仅在自反馈的条件下混沌信号质量较差; 当引入互反馈后, 混沌质量明显提高; 随着传输距离的增加, 量化保密通信质量的品质因子逐渐降低, 但当距离增加到130 km时, 品质因子依然保持在6以上, 该方案可以进行长距离双通道安全保密通信。
非线性光学 半导体环形激光器 保密通信 混沌 反馈 nonlinear optics semiconductor ring laser secure communication chaos feedback
