[發(fā)明專利]自由空間光通信安全系統(tǒng)

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202011384440.3
• 申請日: 2020-12-01
• 公開（公告）號: CN112564792A
• 公開（公告）日: 2021-03-26
• 發(fā)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

一種自由空間光通信安全系統(tǒng)，包括：至少兩個激光器，用于產生不同波長的光載波；光開關，其輸入端口連接激光器，光開關用于根據(jù)跳頻序列控制輸入與輸出端口的聯(lián)通狀態(tài)，以實現(xiàn)光載波在不同波長之間跳變；光開關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，調制器用于將數(shù)據(jù)調制到光載波上，第一光纖耦合鏡用于將光載波轉換為空間光，第一空間光調制器用于根據(jù)跳頻序列對空間光進行OAM跳變，輸出對應的OAM光束；合波器，用于將各OAM光束聚合為一束光信號；第二空間光調制器，用于根據(jù)跳頻序列控制下對光信號進行不同OAM態(tài)信道的分離，以輸出空間高斯光；解調裝置，用于解調空間高斯光，得到數(shù)據(jù)。

技術領域

本公開涉及自由空間光通信安全領域，尤其涉及一種自由空間光通信安全系統(tǒng)。

背景技術

隨著自由空間光通信技術的發(fā)展，極大地促進了社會的進步與經濟的發(fā)展。其中，各種用以提升信道傳輸容量的復用技術功不可沒。軌道角動量(OAM)光束，具有螺旋相位因子其同軸傳播的不同OAM狀態(tài)(方位指數(shù)1不同)的光束可以被有效分離的特點，使其在空分復用技術中的發(fā)展?jié)摿薮蟆Ｍ瑫r，隨著近年來世界各地各種用戶信息泄露事件的頻繁出現(xiàn)，用戶數(shù)據(jù)在傳輸中被非法第三方竊取的風險增大。

現(xiàn)有的安全通信機制中，最常用的方法是在軟件層使用算法對用戶數(shù)據(jù)進行加密。然而，隨著計算能力的逐漸提高，該種方法的安全性也開始受到威脅。

發(fā)明內容

(一)要解決的技術問題

針對于現(xiàn)有技術問題，本公開提出一種自由空間光通信安全系統(tǒng)，用于至少部分解決上述技術問題。

(二)技術方案

本公開提供一種自由空間光通信安全系統(tǒng)，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，n×n光開關用于根據(jù)第一跳頻序列控制自身輸入端口與輸出端口的聯(lián)通狀態(tài)，以實現(xiàn)輸出端口輸出的光載波在不同波長之間跳變，其中，n≥2；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，調制器用于將數(shù)據(jù)調制到輸出端口輸出的光載波上，第一光纖耦合鏡用于將承載有數(shù)據(jù)的光載波轉換為空間光，第一空間光調制器用于在第二跳頻序列的控制下對空間光進行OAM跳變調制，輸出對應的OAM光束；合波器，其輸入端口連接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OAM光束聚合為一束光信號；第二空間光調制器，其輸入端口連接合波器的輸出端口，用于在第二跳頻序列控制下對一束光信號進行不同OAM態(tài)信道的分離，以輸出空間高斯光；解調裝置，用于對空間高斯光進行解調，得到數(shù)據(jù)。

可選地，第一空間光調制器在第二跳頻序列的控制下根據(jù)第一組全息圖對空間光進行OAM跳變調制；第二空間光調制器在第二跳頻序列的控制下根據(jù)第二組全息圖對空間光進行OAM跳變調制；其中，第一組全息圖與第二組全息圖均對應于不同OAM態(tài)，第一組全息圖對應的拓撲荷的數(shù)值與第二組全息圖對應的拓撲荷的數(shù)值相反。

可選地，解調裝置包括：第二光纖耦合鏡，用于實現(xiàn)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不同波長的光載波；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，同步控制模塊用于將不同波長的光載波承載的數(shù)據(jù)之間的相位對齊；光電探測器用將相位對齊后的光載波轉化為電信號；數(shù)據(jù)恢復模塊，用于在第一跳頻序列控制下從電信號中恢復出數(shù)據(jù)。

可選地，同步控制模塊用于采用光纖補償?shù)姆绞綄?shù)據(jù)的相位進行延時調節(jié)，實現(xiàn)不同波長的光載波承載的數(shù)據(jù)之間的相位對齊。

可選地，自由空間光通信安全系統(tǒng)還包括：偽隨機數(shù)生成器，用于生成第一跳頻序列與第二跳頻序列。

可選地，自由空間光通信安全系統(tǒng)還包括：第一光學天線，用于將一束光信號發(fā)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?shù)囊皇庑盘枺⑥D發(fā)至第二空間光調制器。