Resumen de Chaos and Synchronization in Opto-electronic Devices with Delayed Feedback
Romain Modeste Nguimdo
Esta tesis tiene por objetivo general el estudio de la dinámica no lineal en distintos sistemas electro-ópticos. Por un lado se estudia la utilización de estos sistemas para generar caos de alta complejidad con vistas a comunicaciones ópticas encriptadas y por otro como generadores de microondas de alta pureza espectral. La rapidez de la dinámica permite alcanzar velocidades de transmisi´on de varios Gb/s. Aunque se han obtenido resultados muy interesantes en el lado de las prestaciones, las cuestiones relacionadas con la seguridad han estado mucho menos consideradas. Se ha visto que en algunos casos los parámetros de operación pueden identificarse en la portadora caótica transmitida. En particular si bien el tiempo de retraso es un elemento clave en la generación de caos, también es uno de los parámetros más vulnerables a identificación. En este contexto, investigamos la seguridad en las configuraciones existentes más comunes: láseres de semiconductor con retroalimentación óptica y sistemas electro-ópticos con retroalimentaci´on diseñados para generar caos en la intensidad o en la fase. Los resultados de este estudio demuestran que el retraso se puede sacar en todos estos sistemas usando diversos métodos de análisis de series temporales, tales como la autocorrelación y la entropía mutua retrasada. Llegados a este punto nos centramos en el desarrollo de sistemas que presenten un grado más elevado de seguridad. Como primera propuesta investigamos la dinámica en dos sistemas con realimentación electro-óptica en los que implementamos una retroalimentación adicional en el láser de semiconductor utilizado como fuente de luz en el sistema. Con este método, aumentamos tanto el número de parámetros del sistema como la complejidad de su dinámica. Una segunda propuesta consiste en la introducción de un novedoso sistema que integra una clave digital en el sistema caótico, lo cual constituye un primer puente entre la criptografía algorítmica y la basada en caos. Por un lado, la clave digital aumenta en forma significativa el tamaño de la clave global del sistema. Por otro, los resultados indican que la clave digital permite camuflar el tiempo de retraso, de manera que este no puede ser identificado analizando la serie temporal con las técnicas usuales. Simultáneamente el caos generado por el doble bucle de retraso camufla la clave digital. Támbien, consideramos una configuración que incorpora dos bucles electro-ópticos para generación de caos en fase acoplados en paralelo. Encontramos que dicho sistema permite ocultar los tiempos de retraso relacionados con el bucle interno, incluso sin llave digital. Esta configuración permite también la inclusión de una clave digital la cual aumenta el tamaño de la clave global del sistema. En este caso la clave digital dificulta la identificación de los tiempos de retraso asociados al bucle externo, pero no llega a camuflarlos completamente. Después del análisis de la seguridad en los sistemas actuales y de la propuesta de nuevos sistemas, estudiamos los efectos del canal de transmisión. En particular analizamos los efectos de la dispersión en la fibra óptica. Los resultados indican que el mensaje no se puede recuperar despu´es algunos kilómetros de propagación en fibra monomodo usual. Pero, el mensaje se recupera correctamente si compensamos la dispersión de forma adecuada o si usamos fibra con dispersión desplazada. Finalmente para mostrar los múltiples usos de los sistemas electro-ópticos, investigamos un sistema electro-óptico con doble bucle para generar microondas de alta pureza espectral. Encontramos que este sistema puede generar microondas de mucha mayor amplitud que su equivalente con un sólo bucle. Además, demostramos que este sistema permite reducir el ruido de fase hasta 20 dB permitiendo obtener unas prestaciones mejores que los sistemas anteriores (-50 dB a 10Hz y -150 dB a 1 Mhz
