基于SOA光纤环形激光器的混沌光源在多路随机数产生中的应用

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项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    61705169
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
  • 资助金额:
    25.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    F0505.非线性光学
  • 结题年份:
    2020
  • 批准年份:
    2017
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2018-01-01 至2020-12-31

项目摘要

As internet services merge with traditional industry, mobile payment and sensitive information transfer among individuals as well as groups have become everyday activities. Such development leads to unprecedentedly high demands for secure transmission of network information. Through the combination of secure communication on the physical layer and traditional computer-based network security technologies, the problem could be solved from the origin. Optical chaotic signal is an ideal carrier for high-speed secure communication. True random number generation (TRNG), on the other hand, is universally required by data encryption and key distribution in secure communication systems. In this project, we aim at developing a highly wavelength flexible optical chaotic source, based on a semiconductor optical amplifier (SOA) fiber ring laser (FRL), to act as the physical source for TRNG. The investigation is expected to benefit the future development of fiber optic chaotic communication system towards the direction of wavelength division multiplexing architecture. Theoretical analysis, numerical simulation, and experimental investigation are to be jointly adopted in this project. We will first develop a broadly tunable single-wavelength chaotic laser based on a SOA-FRL, and verify its application in TRNG. Then we will explore the feasibility of multi-wavelength chaotic lasing in a SOA-FRL, and the potential application in multi-channel TRNG. Additionally, we will use multi-band spectral slicing of the broadband chaotic output from a SOA-FRL to build a multi-wavelength optical chaotic source, and investigate its application in multi-channel TRNG. Based on the results, we will establish the preliminary guidance for the choice of optical chaotic source in wavelength division multiplexed fiber optic chaotic communication systems.
近几年,“互联网+”推动了网络服务与传统行业的深度融合,移动支付和个人、团体敏感信息传递逐渐成为日常生活不可分割的一部分。因此,用户对网络信息安全传输提出了前所未有之高要求。通过将物理层保密通信与传统计算机保密技术结合,能从根源上解决信息传输的安全性问题。混沌光信号是高速保密通信的一种重要载体,而真随机数发生器则在保密通信中的数据加密和密钥分配中有广泛的应用。本项目旨在基于半导体光放大器光纤环形激光器(SOA-FRL)构建具有高度波长灵活性的混沌光源,并将其作为随机信号源应用到真随机数发生(TRNG)中,为未来混沌光通信向波分复用方向发展奠定基础。项目采用理论分析、数值仿真及实验验证,深入研究:①基于SOA-FRL的宽调谐单波长混沌激光器在TRNG中的应用;②基于SOA-FRL的多波长混沌激光器在TRNG中的应用;③基于SOA-FRL宽谱混沌激光光谱分割的多波长混沌光源在TRNG中的应用。

结项摘要

本项目以半导体光放大器(SOA)为增益介质构建光纤环形激光器(FRL),研究激光器中的混沌震荡现象,主要目的是提高混沌光源的波长灵活性并研究其作为物理随机信号源在TRNG中的应用。通过理论分析、模型仿真和实验研究相结合的方式实现了①基于SOA-FRL的宽谱混沌光源:通过计算最大Lyapunov指数验证了这一光源的混沌性;明确了长光纤成腔的SOA-FRL中的混沌产生与光纤中的调制不稳定性密切相关;证明了激光器两正交偏振方向输出的两路混沌信号是相互独立的;证明了当激光器双向发射时两传输方向输出的两路混沌信号是相互独立的。②基于SOA-FRL和腔内可调谐光滤波器的谱宽/中心波长可调谐混沌激光:研究了光滤波器通带宽度对混沌信号质量的影响,通过TRNG和NIST随机数统计测试,发现光滤波器通带宽度不小于1.5nm时能保证较低的TDS,满足高质量TRNG需求;研究了光滤波器中心波长对混沌信号质量的影响,发现光滤波器通带宽度为1.5 nm、中心波长在1540~1560nm间调谐时能保证较低的TDS,满足高质量TRNG需求。③基于SOA-FRL和多通带光滤波器的多波长混沌光源:通过对SOA-FRL产生的宽谱混沌激光进行腔外光谱切割实现了多波长混沌光源,验证了多路输出之间的独立性,8路输出做并行TRNG时通过NIST测试的概率为98.33%;通过在腔内引入透射式双通带光滤波器实现了双波长混沌激光并验证两路输出的独立性;通过在腔内引入反射式多通带光滤波器实现了四波长混沌激光,波长间隔不小于1.75nm时可保证多路混沌信号独立性,预估系统最大波分复用容量为12。此外,④利用FBG阵列的分布式反馈抑制了激光二极管中混沌信号的时延特征(TDS),最低TDS值仅为0.0026;TDS抑制效果对失谐频率和反馈比均不敏感。项目研究的SOA-FRL大大提高了混沌激光器的波长灵活性,可有效满足波分复用混沌保密通信的光源需求,也可作为物理随机信号源满足多路高速TRNG(多路并行输出)或超高速TRNG(多路串行输出)的需求。基于FBG阵列光反馈的混沌TDS抑制方法不仅能实现TDS隐藏,且对失谐频率和反馈比均不敏感,提供了一种高品质且强稳健的混沌激光光源。

项目成果

期刊论文数量(4)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(2)
专利数量(1)
Noise resilient quasi-distributed sensing with an interferometric-noise-suppressing Golay coded optical source
具有干涉噪声抑制格雷编码光源的抗噪声准分布式传感
  • DOI:
    10.1364/oe.27.025330
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
    Optics Express
  • 影响因子:
    3.8
  • 作者:
    Fu Xuelei;Yang Wei;Wang Jiaqi;Li Zhengying
  • 通讯作者:
    Li Zhengying
High-sensing-resolution distributed hot spot detection system implemented by a relaxed pulsewidth
通过宽松脉冲宽度实现的高传感分辨率分布式热点检测系统
  • DOI:
    10.1364/oe.393840
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
    Optics Express
  • 影响因子:
    3.8
  • 作者:
    Wang Jiaqi;Li Zhengying;Fu Xuelei;Gui Xin;Zhan Jing;Wang Honghai;Jiang Desheng
  • 通讯作者:
    Jiang Desheng
High-Density Distributed Crack Tip Sensing System Using Dense Ultra-Short FBG Sensors
使用密集超短 FBG 传感器的高密度分布式裂纹尖端传感系统
  • DOI:
    10.3390/s19071702
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
    Sensors
  • 影响因子:
    3.9
  • 作者:
    Gui Xin;Li Zhengying;Fu Xuelei;Wang Changjia;Wang Yiming;Li Hongli;Wang Honghai
  • 通讯作者:
    Wang Honghai
Interrogation of a large-capacity densely spaced fiber Bragg grating array using chaos-based incoherent-optical frequency domain reflectometry
使用基于混沌的非相干光频域反射计询问大容量密集间隔光纤布拉格光栅阵列
  • DOI:
    10.1364/ol.44.005202
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
    Optics Letters
  • 影响因子:
    3.6
  • 作者:
    Wang Jiaqi;Li Zhengying;Yang Qian;Fu Xuelei;Gui Xin;Wang Changjia;Wang Honghai
  • 通讯作者:
    Wang Honghai

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其他文献

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长距离脉冲跟随光纤参量放大机理研究与系统实现
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课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

        graph TD
          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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