具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式进行描述，以便本领域的技术人员更好地理解本发明。需要特别提醒注意的是，在以下的描述中，当已知功能和设计的详细描述也许会淡化本发明的主要内容时，这些描述在这里将被忽略。

实施例

图1是本发明基于半导体激光器网络的并行多路低相关激光混沌生成系统的原理图。

在本实施例中，如图1所示，本发明一种基于半导体激光器网络的并行多路低相关激光混沌生成系统，包括：N个并行的半导体激光器及产生低相关激光混沌信号的耦合光路，其中，半导体激光器的编号记为SLi，i＝1,2,…,N，N为大于2的正整数；

每一路半导体激光器产生一路激光信号，然后输入至对应的耦合光路，耦合光路根据预设的邻接矩阵描述的耦合情况实现耦合光路间的互耦合，从而输出并行多路低相关激光混沌信号。

预设的邻接矩阵描述的耦合情况主要是通过邻接矩阵的元素值进行体现，在该激光器网络中，任意两个激光器均以0.5的耦合概率进行随机互耦合，任意两个激光器之间互相耦合和不耦合的概率各占50％，若SLi和SLj相互耦合，则邻接矩阵元素A_ij＝A_ji＝1，若SLi和SLj之间不存在耦合，则A_ij＝A_ji＝0，其中i＝1,2,…,N,j＝1,2,…,N，耦合矩阵如下公式(1)所示；此外，还需要确保得到的随机耦合网络中所有激光器节点的耦合均为不对称的。激光器节点间是否对称耦合可以通过邻接矩阵判断，邻接矩阵的第i行的行向量代表SLi的耦合项，当两个激光器的耦合项对应的行向量不相同，则可以认为这两个激光器是不对称耦合的，反之，则为对称耦合。当激光器网络中任意两个激光器节点的耦合项均不相同，则所有激光器都是非对称耦合的。

在本实施例中，半导体激光器网络中每条耦合边的耦合强度σ是相同的，若任意两行元素都不相同，则所有激光器都是非对称耦合的，非对称耦合的半导体激光器网络有利于低相关性的多路激光混沌生成。

有了上述预设的邻接矩阵，我们可以设计出具体的半导体激光器网络后，根据邻接矩阵描述的节点间的耦合情况对激光器节点进行互连，搭建光路。如图1中的(a)所示，SL1产生激光信号，通过光路1与其他激光器进行互耦合形成激光混沌，当A1i＝Ai1＝1，i＝2,3,…,N，SL1的输出通过光路1后注入到SLi对应的光路i，再注入到SLi中，SLi产生的激光信号通过光路i后注入到光路1，进而注入到SL1。当A1i＝Ai1＝0时，SL1与SLi的光路1与光路i则没有互耦合。SL1产生的混沌信号从光路1输出。以此类推，其他激光器的光路耦合也是类似的，但是不同激光器之间耦合光路长度不同，耦合时延不同。其余N-1路激光混沌从其他激光器对应的光路输出，最终得到并行N路低相关的混沌信号。

网络具体器件之间的光路连接如图中的1(b)所示。以其中一个激光器SL1为例说明光路耦合机理，SL1的输出激光信号通过一个a％：b％＝80％：20％的耦合器，输出a％部分通过衰减器调节输出强度后，注入到1个1×N的耦合器，其输出端分为信号功率相同的N路，N路输出分别对应注入到N个激光器。其他激光器也通过类似的光路后的得到功率相同的N路输出端口。SL1的1×N耦合器的第1路输出自反馈空置。SL1的1×N耦合器的第i路输出(i≠1)对应与SLi的1×N耦合器输出端的耦合，若邻接矩阵系数A1i＝Ai1＝1，i＝2,3,…,N，(SL1与SLi互耦合)，则SL1的1×N耦合器的第i路与SLi的1×N耦合器的第1路相连，SL1的1×N耦合器的第i路输出注入到SLi的1×N耦合器的第1路，通过衰减器调节注入强度后注入到SLi的a％:b％耦合器的a％端，再注入到SLi，同时，SL1的1×N的耦合器的N路也可以作为其他激光器向SL1注入的输入端，SLi的1×N的耦合器的第1路输出注入到SL1的1×N的耦合器的第i路输入，通过衰减器调节注入强度后注入到SL1前面的a％:b％耦合器的a％端，再注入到SL1，以实现SL1与SLi互耦合的目的，SL1与不同相邻激光器的耦合延时不同；若A1i＝Ai1＝0(SL1与SLi没有互耦合)，则SL1的1×N的耦合器的第i路输出与SLi的1×N的耦合器的第1路输出空置。类似的，激光器SLi(i＝2,3,…,N)的1×N的耦合器的第i路输出空置(，SLi的1×N的耦合器的其他路输出根据邻接矩阵元素与其他激光器的1×N的耦合器的输出通过光路互耦合。在互耦合机制下，所有激光器均工作在混沌态，N个激光器的a％：b％的耦合器输出的b％部分通过光电探测器输出，得到多路混沌信号。

本发明提出的激光器网络中的每个半导体激光器均收到来自其它多个激光器输出混沌信号的注入；在注入延时不同时，来自不同路径的注入光等效为多个不同的外腔模式，且不同路径的注入光之间具有非线性关系，因此每个激光器都接收到非线性的注入，从而抑制混沌信号的时延标签。

实例

以10个非对称耦合激光器组成的异构延时耦合网络为例，讨论同时生成的多路混沌信号的相关性和时延标签抑制效果。半导体激光器网络的耦合矩阵如公式(2)所示，耦合矩阵中任意两个半导体激光器对应的行注入项都不相同，共有23条耦合边，耦合强度为40ns^-1。该示例半导体激光器网络中任意两条边的耦合延时均不相同，所有耦合时延服从均值为5ns，方差1ns的正态分布。

图2展示了10个半导体激光器输出混沌信号的波形和功率谱。有效带宽(BW)定义为频谱中直流频率分量与包含总能量80％频率之间的范围。受到弛豫振荡的影响，通过外光反馈半导体激光器产生的激光混沌的有效带宽一般仅有几GHz。通过本发明提出的方案，半导体激光器网络可以输出多路的混沌信号，且混沌信号的有效带宽为19.84GHz～20.91GHz。此外，通过增大半导体激光器之间的耦合强度，可以进一步提升多路混沌信号的有效带宽。

图3展示了多路混沌信号间低相关性的实现，我们采用互相关函数(CCF)计算非对称耦合半导体激光器网络在异构延时耦合下产生多路混沌信号间的相关性。由于非对称耦合，任意两个激光器产生的两路混沌信号相关性均低于0.1，实现了低相关性的多路混沌信号的生成。

图4展示了多路混沌信号时延标签抑制的实现，我们采用自相关函数(ACF)观察混沌信号的时延特征。在异构延时耦合的作用下，所有生成的混沌信号均未在其自相关曲线[-10ns,10ns]范围内观察到明显的相关峰，说明混沌信号中由于互耦合引入的时延标签被完全抑制了。

综上所述，本发明提出的多路低相关激光混沌产生方案有以下益处：(1)能产生多路混沌信号，其有效带宽为20GHz左右；(2)任意两路混沌信号的相关性低于0.1；(3)所有混沌信号的时延标签均被完全抑制。因此，将其作为随机数生成的熵源，能同时生成多路物理随机数，大幅提升随机数的随机性和生成速率。将多路低相关且时延标签抑制的混沌信号应用到雷达系统中，可以实现多目标、低误判且高精度的目标探测。另外，对多路低相关且时延标签抑制的混沌信号进行采样量化，所得二进制序列用作光子决策，可以缩短其收敛周期，提升收敛速度，实现超快光子决策。

尽管上面对本发明说明性的具体实施方式进行了描述，以便于本技术领域的技术人员理解本发明，但应该清楚，本发明不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。