Содержание номера

Раздел 1. Вопросы экспериментальной электродинамики

Возможности защиты конфиденциальных сообщений в системах передачи данных с помощью явлений динамического хаоса и оптических вихрей

Л. В. Черкесова, Н. В. Болдырихин, О. А. Сафарьян, И. А. Алфёрова

        Аннотация 

     Рассмотрена возможность создания систем конфиденциальной (секретной) связи с использованием явлений детерминированного хаоса и оптических вихрей, дана оценка их характеристик с точки зрения информационной безопасности. Показаны возможности применения методов нелинейной динамической криптологии для решения задач защиты информации. Выявлены особенности генерации, синхронизации, модуляции и управления хаотическими колебаниями при их использовании в системах передачи данных. Определены условия возникновения режимов детерминированного хаоса в динамической нелинейной параметрической системе. Показано, что свойство грубости системы оказывается большим преимуществом при решении задач построения систем конфиденциальной (секретной) связи с использованием нелинейных параметрических генераторов, работающих в хаотическом режиме. Показаны фазовые портреты аттракторов в характерных точках плоскости параметров. 

      В качестве генератора детерминированного хаоса оптического диапазона предложено использовать одну из разновидностей нелинейного параметрического генератора – нелинейный кольцевой интерферометр резонатор, на базе которого разработан детектор топологического заряда вихря, предназначенный для измерения интенсивности светового пучка. Предложены математические модели процессов, происходящих в нелинейном кольцевом интерферометре, учитывая связь статического электрического поля с диффузией. Исходя из устройства кольцевых волоконно-оптических систем, выполненных на базе эрбиевого лазера, сопоставлены различные виды схем хаотической связи с целью выбора из них предпочтительной модели. Чтобы повысить скрытность стеганографических сообщений, передаваемых в системе хаотической связи, использующей нелинейное подмешивание скрытого сигнала, рекомендовано модифицировать схему шифрования / дешифрования, введя в передатчике и приёмнике второй контур. 

      С повышением числа параметров, от которых зависит электродинамика нелинейной параметрической системы при её использовании для шифрования сообщений, возрастает и количество криптографических ключей. Как показывают расчёты, если величина расстройки времени (рассогласования) запаздывания сигнала между контурами передачи и приёма системы хаотической связи уменьшается, то сокращается и количество искажений, возникающих в дешифруемом сообщении, что повышает качество функционирования канала связи. 

      Проведён анализ воздействия, оказываемого на характеристики системы передачи данных возмущающими факторами, такими как неидентичность (несовпадение) параметров компонентов передатчика и приёмника; нелинейные искажения, шумы и помехи в каналах связи; и неравномерность и спонтанность амплитудно-частотных характеристик элементов. 

      После анализа различных систем передачи и защиты конфиденциальных данных в системах связи с применением динамического хаоса и сопоставления полученных результатов построена классификация систем хаотической связи, существующих сегодня.

Ключевые слова: хаотическая динамика, радиочастотный диапазон, микроволновый диапазон, оптический диапазон, криптология, динамический нелинейный параметрический генератор, нелинейный кольцевой интерферометр, теория динамического хаоса, теория нелинейных колебаний и волн, управляемая и самоуправляемая нелинейность, оптические вихри, эмерджентный эффект, канал связи, криптографические ключи, хаотическая связь

Раздел 2. Взаимодействие электромагнитного поля с материалами

Измерение светорассеивающих свойств фторопласта в диапазоне 400 - 800 нм

А.П. Тарасов, Д.А. Рогаткин

         Аннотация 

     Работа посвящена исследованию оптических свойств фторопласта Ф-4 (политетрафторэтилен) как базового светорассеивающего материала для создания твердых оптических фантомов кожи. Методами спектроскопии обратного рассеяния в видимом диапазоне длин волн (400 - 800 нм) исследовано 3 образца фторопласта толщиной 3, 5 и 10 мм. Получены коэффициент полного диффузного отражения и относительный обратно-рассеянный поток, зарегистрированный на различных расстояниях от источника света.

Ключевые слова: дифракция, энергия, полость, радиопоглощающее покрытие, коэффициент отражения

Раздел 3. Вычислительная электродинамика

Гибридная оптическая антенна на основе нитрида кремния для пространственного сканирования

С.Д. Мошиченко, А.Б. Клещенков

         Аннотация 

     Оптические интегральные схемы (ОИС) являются перспективными устройствами с достаточно широкой областью применения. ОИС могут выступать в качестве замены светоизлучающих диодов, фотоприемников, преобразователей солнечной энергии, датчиков и т.д. Особого внимания заслуживает использование ОИС в системах пространственного сканирования (лидарах) в качестве замены механических и электромеханических методов сканирования. Оптические антенны (ОА) -структуры в составе ОИС, излучающие за счёт нарушения условия полного внутреннего отражения в оптическом волноводе. ОА с низким контрастом показателя преломления могут обладать большой апертурой, обеспечивающей сужение диаграммы направленности (ДН). Такие ОА часто входят в состав одномерной антенной решётки (АР), направление излучения которой в плоскости апертуры ОА изменяется с помощью длины волны, а в перпендикулярной плоскости - за счет фазового распределения между ОА. В работе рассмотрены несколько известных конструкций ОА и представлены их характеристики. Далее, в работе предложен новый вариант ОА, в основе которой лежит гибридная асимметричная двойная структура из нитрида кремния, проведено сравнение характеристик предложенного варианта с известными конструкциями и показано его преимущество. Результаты моделирования одиночного излучателя ИК диапазона (1.55 мкм) показывают, что предложенная структура имеет коэффициент усиления 30.4 дБи, уровень боковых лепестков -32.3 дБ, ширину главного лепестка 0.2° и 23.9° в продольной и поперечной плоскостях соответственно, а перестройка ДН в продольной плоскости составляет 9.3° при изменении длины волны от 1.5 до 1.6 мкм.

Ключевые слова: оптическая антенна, интегральная оптика, нитрид кремния, оптическая ФАР, пространственное сканирование, лидар

Ознакомиться с выпуском журнала можно здесь