自由空间光通信安全系统技术方案

一种自由空间光通信安全系统，包括：至少两个激光器，用于产生不同波长的光载波；光开关，其输入端口连接激光器，光开关用于根据跳频序列控制输入与输出端口的联通状态，以实现光载波在不同波长之间跳变；光开关输出端口依次连接调制器、第一光纤耦合镜及第一空间光调制器，其中，调制器用于将数据调制到光载波上，第一光纤耦合镜用于将光载波转换为空间光，第一空间光调制器用于根据跳频序列对空间光进行OAM跳变，输出对应的OAM光束；合波器，用于将各OAM光束聚合为一束光信号；第二空间光调制器，用于根据跳频序列控制下对光信号进行不同OAM态信道的分离，以输出空间高斯光；解调装置，用于解调空间高斯光，得到数据。得到数据。得到数据。

【技术实现步骤摘要】
自由空间光通信安全系统


[0001]本公开涉及自由空间光通信安全领域，尤其涉及一种自由空间光通信安全系统。

技术介绍

[0002]随着自由空间光通信技术的发展，极大地促进了社会的进步与经济的发展。其中，各种用以提升信道传输容量的复用技术功不可没。轨道角动量(OAM)光束，具有螺旋相位因子其同轴传播的不同OAM状态(方位指数1不同)的光束可以被有效分离的特点，使其在空分复用技术中的发展潜力巨大。同时，随着近年来世界各地各种用户信息泄露事件的频繁出现，用户数据在传输中被非法第三方窃取的风险增大。
[0003]现有的安全通信机制中，最常用的方法是在软件层使用算法对用户数据进行加密。然而，随着计算能力的逐渐提高，该种方法的安全性也开始受到威胁。

技术实现思路

[0004](一)要解决的技术问题
[0005]针对于现有技术问题，本公开提出一种自由空间光通信安全系统，用于至少部分解决上述技术问题。
[0006](二)技术方案
[0007]本公开提供一种自由空间光通信安全系统，包括：至少两个激光器，用于产生不同波长的光载波；n
×
n光开关，其每一输入端口连接一个激光器，n
×
n光开关用于根据第一跳频序列控制自身输入端口与输出端口的联通状态，以实现输出端口输出的光载波在不同波长之间跳变，其中，n≥2；n
×
n光开关每一个输出端口依次连接调制器、第一光纤耦合镜及第一空间光调制器，其中，调制器用于将数据调制到输出端口输出的光载波上，第一光纤耦合镜用于将承载有数据的光载波转换为空间光，第一空间光调制器用于在第二跳频序列的控制下对空间光进行OAM跳变调制，输出对应的OAM光束；合波器，其输入端口连接第一空间光调制器的输出端口，用于将各个第一空间光调制器输出的OAM光束聚合为一束光信号；第二空间光调制器，其输入端口连接合波器的输出端口，用于在第二跳频序列控制下对一束光信号进行不同OAM态信道的分离，以输出空间高斯光；解调装置，用于对空间高斯光进行解调，得到数据。
[0008]可选地，第一空间光调制器在第二跳频序列的控制下根据第一组全息图对空间光进行OAM跳变调制；第二空间光调制器在第二跳频序列的控制下根据第二组全息图对空间光进行OAM跳变调制；其中，第一组全息图与第二组全息图均对应于不同OAM态，第一组全息图对应的拓扑荷的数值与第二组全息图对应的拓扑荷的数值相反。
[0009]可选地，解调装置包括：第二光纤耦合镜，用于实现空间高斯光从自由空间到光纤的转换；阵列波导光栅，用于从转换后的空间高斯光中分离出不同波长的光载波；阵列波导光栅每一输出光载波的端口依次连接同步控制模块及光电探测器，同步控制模块用于将不同波长的光载波承载的数据之间的相位对齐；光电探测器用将相位对齐后的光载波转化为
电信号；数据恢复模块，用于在第一跳频序列控制下从电信号中恢复出数据。
[0010]可选地，同步控制模块用于采用光纤补偿的方式对数据的相位进行延时调节，实现不同波长的光载波承载的数据之间的相位对齐。
[0011]可选地，自由空间光通信安全系统还包括：伪随机数生成器，用于生成第一跳频序列与第二跳频序列。
[0012]可选地，自由空间光通信安全系统还包括：第一光学天线，用于将一束光信号发送到自由空间传输；第二光学天线，用于接收通过自由空间传输的一束光信号，并转发至第二空间光调制器。
[0013]可选地，第一空间光调制器包括透射式空间光调制器或者反射式空间光调制器；第二空间光调制器包括透射式空间光调制器或者反射式空间光调制器。
[0014]可选地，调制器包括马赫增德尔调制器。
[0015]可选地，n
×
n光开关的开关时间为皮秒级。
[0016]可选地，调制器将数据调制到输出端口输出的光载波上的过程中，为每一数据添加同步头。
[0017](三)有益效果
[0018]本公开提供一种自由空间光通信安全系统，至少具备以下有益效果：
[0019]该系统在发送端设置不同的信道，首先在跳频序列的控制下实现光载波在不同信道间进行波长跳变，然后在跳频序列的控制下对空间光进行OAM跳变调制，通过对数据在不同信道间进行跳变，使得数据先在时域内被分割成片段，该片段再借由不同的物理信道进行传输，通过这种方式，数据可以被有效地隐藏起来，防止非法第三方窃听，进而提高了数据传输的安全性。
附图说明
[0020]图1示意性示出了本公开实施例提供的自由空间光通信安全系统的结构图；
[0021]图2示意性示出了本公开实施例提供的自由空间光通信安全系统的数据流过程图。
具体实施方式
[0022]为使本公开的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本公开进一步详细说明。
[0023]本公开提供自由空间光通信安全系统，该系统可以基于OAM复用的混合光跳频实现，包括：
[0024]至少两个激光器，用于产生不同波长的光载波。
[0025]n
×
n光开关，其每一输入端口连接一个激光器，n
×
n光开关用于根据第一跳频序列控制自身输入端口与输出端口的联通状态，以实现输出端口输出的光载波在不同波长之间跳变。
[0026]n
×
n光开关每一个输出端口依次连接调制器、第一光纤耦合镜及第一空间光调制器，其中，调制器用于将数据调制到输出端口输出的光载波上，第一光纤耦合镜用于将承载有数据的光载波转换为空间光，第一空间光调制器用于在第二跳频序列的控制下对空间光
进行OAM跳变调制，输出对应的OAM光束。
[0027]合波器，其输入端口连接第一空间光调制器的输出端口，用于将各个第一空间光调制器输出的OAM光束聚合为一束光信号。
[0028]第二空间光调制器，其输入端口连接合波器的输出端口，用于在第二跳频序列控制下对一束光信号进行不同OAM态信道的分离，以输出空间高斯光。
[0029]解调装置，用于对空间高斯光进行解调，得到数据。
[0030]根据本公开的实施例，第一空间光调制器在第二跳频序列的控制下根据第一组全息图对所述空间光进行OAM跳变调制。第二空间光调制器在第二跳频序列的控制下根据第二组全息图对空间光进行OAM跳变调制。其中，第一组全息图与第二组全息图均对应于不同OAM态，第一组全息图对应的拓扑荷的数值与所述第二组全息图对应的拓扑荷的数值相反。
[0031]根据本公开的实施例，解调装置例如可以包括：第二光纤耦合镜，用于实现空间高斯光从自由空间到光纤的转换。阵列波导光栅，用于从转换后的空间高斯光中分离出不同波长的光载波。阵列波导光栅每一输出光载波的端口依次连接同步控制模块及光电探测器，同步控制模块用于将所述不同波长的光载波承载的数据之间的相位对齐；光电探测器用将相位对齐后的光载波转化为电信号。数据恢复模块，用于在第一跳频序列控制下从所述电信号中恢复出数本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种自由空间光通信安全系统，包括：至少两个激光器，用于产生不同波长的光载波；n
×
n光开关，其每一输入端口连接一个激光器，所述n
×
n光开关用于根据第一跳频序列控制自身输入端口与输出端口的联通状态，以实现所述输出端口输出的光载波在不同波长之间跳变，其中，n≥2；所述n
×
n光开关每一个输出端口依次连接调制器、第一光纤耦合镜及第一空间光调制器，其中，所述调制器用于将数据调制到所述输出端口输出的光载波上，所述第一光纤耦合镜用于将承载有所述数据的光载波转换为空间光，所述第一空间光调制器用于在第二跳频序列的控制下对所述空间光进行轨道角动量跳变调制，输出对应的轨道角动量光束；合波器，其输入端口连接所述第一空间光调制器的输出端口，用于将各个第一空间光调制器输出的轨道角动量光束聚合为一束光信号；第二空间光调制器，其输入端口连接所述合波器的输出端口，用于在所述第二跳频序列控制下对所述一束光信号进行不同轨道角动量态信道的分离，以输出空间高斯光；解调装置，用于对所述空间高斯光进行解调，得到所述数据。2.根据权利要求1所述的自由空间光通信安全系统，其中，所述第一空间光调制器在第二跳频序列的控制下根据第一组全息图对所述空间光进行轨道角动量跳变调制；所述第二空间光调制器在第二跳频序列的控制下根据第二组全息图对所述空间光进行轨道角动量跳变调制；其中，所述第一组全息图与所述第二组全息图均对应于不同轨道角动量态，所述第一组全息图对应的拓扑荷的数值与所述第二组全息图对应的拓扑荷的数值相反。3.根据权利要求1所述的自由空间光通信安全系统，其中，所述解调装置包括：第二光纤耦合镜，用于实现所述空间高斯光从自由空间到光纤的转换；阵列波导光栅，用于从转换后的空间高斯光中分离出所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈寅芳，金亚，祝宁华，陈伟，
申请(专利权)人：中国科学院半导体研究所，
类型：发明
国别省市：