Выпуск № 5 (19), 2025
Содержание номера
|
Раздел 1. Вопросы экспериментальной электродинамики |
|
|
Возможности защиты конфиденциальных сообщений в системах передачи данных с помощью явлений динамического хаоса и оптических вихрей |
стр. 4 - 22 |
|
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
Possibilities of confidential messages protection in data transmission systems using phenomenon of dynamic chaos and optical vortexes Abstract This article considers possibility of con dential (secret) communication systems creating using deterministic chaos and optical vortices phenomena, and assesses their characteristics from information security point of view. Possibilities of nonlinear dynamic cryptology methods using for solving data security problems are shown. Features of generation, synchronization, modulation and control chaotic oscillations when using in data transmission systems are revealed. Conditions for deterministic chaos modes occurrence in dynamic nonlinear parametric system are determined. It is shown that system roughness property turns out to be great advantage when solving problems of con dential (secret) communication systems constructing using nonlinear parametric generators operating in chaotic mode. Attractors phase portraits at parameter plane characteristic points are shown. As optical range deterministic chaos generator, it is proposed to use one of nonlinear parametric generator varieties - nonlinear ring interferometer - resonator, on base of which detector of topological charge of vortex has been developed, intended for intensity of light beam measuring. Mathematical models of processes occurring in nonlinear ring interferometer are proposed, taking into account static electric eld with di usion relationship. Chaotic communication various schemes are compared, using example of ring ber-optic systems based on erbium laser. It is recommended to modify "encryptor"/ "decryptor" scheme by adding second circuit in transmitter and receiver, to increase the secrecy of transmitted steganographic messages in system with hidden signal nonlinear mixing. With increasing dynamic nonlinear parametric system parameters number, on which its electrodynamics depends, when using system as encryptor, cryptographic keys number increases. As calculations show, when delay time mismatch value of signal passing between transmitter and receiver circuits of chaotic communication system is reduced, distortions amount occurring in decrypted message is reduced also. Analysis of disturbing factors impact on data transmission system characteristics is carried out. They are: non-identity (mismatch) of transmitter and receiver components parameters; nonlinear distortions in communication channels, noise and interference; as well as elements unevenness of amplitude-frequency characteristics. After comparing various systems for protecting transmitted data in dynamic chaotic communication systems, and comparing results obtained, chaotic communication systems existing today modern classi cation is given. Keywords: silver island films, critical behavior, neuromorphic computing, Levy distribution |
|
|
Раздел 2. Взаимодействие электромагнитного поля с материалами |
|
|
Измерение светорассеивающих свойств фторопласта в диапазоне 400 - 800 нм |
стр. 23 - 27 |
|
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
Measurement of light-scattering properties of fluoroplastic in the range of 400 - 800 nm Abstract The work is devoted to the study of optical properties of fluoroplastic F-4 (polytetrafluoroethylene) as a basic light-scattering material for optical skin phantoms. Three samples of fluoroplastic with thicknesses of 3, 5 and 10 mm were studied using backscattering spectroscopy methods in the visible wavelength range (400-800 nm). The coefficient of total diffuse reflection and the relative backscattered flux recorded at different distances from the light source were obtained. Keywords:optical phantom, skin, optical properties, fluoroplastic, polytetrafluoroethylene, reflectivity coefficient |
|
|
Раздел 3. Вычислительная электродинамика |
|
|
Гибридная оптическая антенна на основе нитрида кремния для пространственного сканирования |
стр. 28 - 35 |
|
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
Hybrid silicon nitride based optical antenna for spatial scanning Abstract Optical integrated circuits (IC) are promising devices applicable in many areas. Such devices might be used as replacement of photoemitting diodes, photodetectors, solar energy converters, detectors etc. A particular emphasis should be given to spatial scanning where an optical IC replaces mechanical and mechano-electrical scanning methods. Optical antennas (OA) are optical IC structures coupling guided and free-space modes by breaking total internal re ection in optical waveguides. Low refractive index contrast OAs might have large linear aperture narrowing a radiation pattern. Such OAs conclude 1D phased array often, in which a wavelength tunning steers main beam in OA aperture plane, and a phase shift does it in transverse one. In this work, several common OAs designs are reviewed, and their properties are described. Onwards, a new silicon nitride hybrid asymmetric double stripe OA design is proposed. An infrared (1.55µm) band modelling results presented denote that model proposed has 30.4 dBi directivity, -32.3 dB SLL, 0.2° and 23.9° FWHM in longitudinal and transverse planes respectively, and 9.3° longitudinal eld of view (FOV) on 1.5-1.6µm wavelength tuning. Keywords optical antenna, integrated optics, silicon nitride, optical phased array, spatial scanning, LIDAR |