[發明專利]自由空間光通信安全系統

在審

• 申請號: 202011384440.3
• 申請日: 2020-12-01
• 公開（公告）號: CN112564792A
• 公開（公告）日: 2021-03-26
• 發明（設計）人: 陳寅芳;金亞;祝寧華;陳偉
• 申請（專利權）人: 中國科學院半導體研究所
• 主分類號: H04B10/11
• 分類號: H04B10/11;H04Q11/00;H04B1/713
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責任公司 11021
• 代理人: 王文思

1.一種自由空間光通信安全系統，包括：

至少兩個激光器，用于產生不同波長的光載波；

n×n光開關，其每一輸入端口連接一個激光器，所述n×n光開關用于根據第一跳頻序列控制自身輸入端口與輸出端口的聯通狀態，以實現所述輸出端口輸出的光載波在不同波長之間跳變，其中，n≥2；

所述n×n光開關每一個輸出端口依次連接調制器、第一光纖耦合鏡及第一空間光調制器，其中，所述調制器用于將數據調制到所述輸出端口輸出的光載波上，所述第一光纖耦合鏡用于將承載有所述數據的光載波轉換為空間光，所述第一空間光調制器用于在第二跳頻序列的控制下對所述空間光進行軌道角動量跳變調制，輸出對應的軌道角動量光束；

合波器，其輸入端口連接所述第一空間光調制器的輸出端口，用于將各個第一空間光調制器輸出的軌道角動量光束聚合為一束光信號；

第二空間光調制器，其輸入端口連接所述合波器的輸出端口，用于在所述第二跳頻序列控制下對所述一束光信號進行不同軌道角動量態信道的分離，以輸出空間高斯光；

解調裝置，用于對所述空間高斯光進行解調，得到所述數據。

2.根據權利要求1所述的自由空間光通信安全系統，其中，所述第一空間光調制器在第二跳頻序列的控制下根據第一組全息圖對所述空間光進行軌道角動量跳變調制；

所述第二空間光調制器在第二跳頻序列的控制下根據第二組全息圖對所述空間光進行軌道角動量跳變調制；

其中，所述第一組全息圖與所述第二組全息圖均對應于不同軌道角動量態，所述第一組全息圖對應的拓撲荷的數值與所述第二組全息圖對應的拓撲荷的數值相反。

3.根據權利要求1所述的自由空間光通信安全系統，其中，所述解調裝置包括：

第二光纖耦合鏡，用于實現所述空間高斯光從自由空間到光纖的轉換；

陣列波導光柵，用于從轉換后的空間高斯光中分離出所述不同波長的光載波；

所述陣列波導光柵每一輸出光載波的端口依次連接同步控制模塊及光電探測器，所述同步控制模塊用于將所述不同波長的光載波承載的所述數據之間的相位對齊；所述光電探測器用將相位對齊后的所述光載波轉化為電信號；

數據恢復模塊，用于在所述第一跳頻序列控制下從所述電信號中恢復出所述數據。

4.根據權利要求3所述的自由空間光通信安全系統，其中，所述同步控制模塊用于采用光纖補償的方式對所述數據的相位進行延時調節，實現所述不同波長的光載波承載的所述數據之間的相位對齊。

5.根據權利要求1所述的自由空間光通信安全系統，其中，所述自由空間光通信安全系統還包括：

偽隨機數生成器，用于生成所述第一跳頻序列與所述第二跳頻序列。

6.根據權利要求1所述的自由空間光通信安全系統，其中，所述自由空間光通信安全系統還包括：

第一光學天線，用于將所述一束光信號發送到自由空間傳輸；

第二光學天線，用于接收通過自由空間傳輸的一束光信號，并轉發至所述第二空間光調制器。

7.根據權利要求1-6任一項所述的自由空間光通信安全系統，其中，所述第一空間光調制器包括透射式空間光調制器或者反射式空間光調制器；

所述第二空間光調制器包括透射式空間光調制器或者反射式空間光調制器。

8.根據權利要求1-6任一項所述的自由空間光通信安全系統，其中，所述調制器包括馬赫增德爾調制器。

9.根據權利要求1-6任一項所述的自由空間光通信安全系統，其中，所述n×n光開關的開關時間為皮秒級。

10.根據權利要求1-6任一項所述的自由空間光通信安全系統，其中，所述調制器將數據調制到所述輸出端口輸出的光載波上的過程中，為每一所述數據添加同步頭。