0114002-1第43卷第1期/2023年1月/光学学报研究论文基于生成对抗网络的混沌激光同步优化赵安可1，江宁1*，王超2，刘世勤1，邱昆11电子科技大学信息与通信工程学院，四川成都611731；2中国空间技术研究院卫星应用总体部，北京100081摘要提出并验证了一种基于深度学习的混沌激光同步优化方案，在共同外腔半导体激光器驱动注入同步系统中，引入生成对抗网络对初始的混沌同步信号进行优化。所提方案的主要优点在于：实现了混沌信号的时延标签抑制和复杂度提升；显著改善了混沌信号幅值分布的对称性；大幅降低了驱动端和本地端的相关性，提升了同步系统的私密性。此外，将优化后的混沌信号应用于物理熵源，在高质量混沌同步的基础上，验证了速率高达4.1Gbit/s、误码率低于10-3的高速同步物理随机数产生。关键词激光光学；混沌激光；光反馈；混沌同步；生成对抗网络；物理随机数中图分类号TN248.4文献标志码ADOI：10.3788/AOS2209941引言半导体激光器在外光反馈、外光注入和光电反馈等外部扰动作用下会展现出丰富的非线性，通过设置一定的扰动条件，能使其输出由恒定状态过渡到混沌态，从而产生拥有高带宽和类随机性等特点的混沌激光［1-4］。相比于真正的噪声，混沌信号的优势是能够实现同步控制，因此在许多领域都有着重要的应用。例如，混沌激光不仅可以作为光载波为光纤通信系统提供物理层安全［5-12］，还可以用作高速随机数和密钥生成的物理熵源［13-20］。香农的理论研究证明，当加密明文采用的密钥同时满足不短于明文长度、密钥随机且只能一次性使用时，即可认为通信是绝对安全的［21］，而这种“一次一密”加密方式的关键是如何生成高速随机密钥。传统密钥分配技术主要是基于各类密码学的加密算法，其安全性取决于窃密者的计算能力和计算资源。但随着量子计算机的出现与发展，这种基于计算安全的密钥分配技术面临被破解的风险，因此学者们提出另一类基于物理现象的密钥分配方法，其中包括量子密钥分配［22］和基于混沌激光的密钥分配［13-16］。量子密钥分配被公认是无条件安全的，但是在密钥分发速率和分发距离方面还面临着挑战，目前密钥生成的最高速率为Mbit/s量级［23］。混沌激光已被证明可用于密钥分配系统，为其提供可靠的物理熵源，通过构建混沌激光同步，从中提取出高速随机密钥。相比于量子密钥分发技术，混沌激光密钥分发虽然不能提供无条件的安全性，但是在密钥分发速率、硬件成本、与传统光纤通信系统的兼容性等方面具有显著优势。A...
