一种硅基集成化的光学加密调制器制造技术

本发明专利技术公开了一种硅基集成化的光学加密调制器，该光学加密调制器由两个纳米线微环谐振器ＭＲＲ实现，具有两个输入端和一个输出端，该两个输入端分别输入一明文电脉冲序列和一密钥电脉冲序列，输出端输出一密文光脉冲序列，该输出的密文光脉冲序列可直接进入光纤进行传输。本发明专利技术的突出优点是：使用单个器件同时完成了加密与调制功能，它利用现成的工艺技术，使得器件体积小，功耗低，扩展性好，便于与电学元件集成，特别适合用于对体积、功耗及成本敏感的场合。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及光纤通信
，特别涉及用一种硅基集成化的光学加密调制器。
技术介绍
在计算机与通信网络中，加密是保证信息不被窃听与干扰的重要手段。在目前常用的网络技术中，加密往往是在计算机内部通过软件实现的。这一做法有两个弊端，其一是会增加计算机的负担，当需要加密的数据量很大且要求实时传输时，加密操作往往会消耗计算机的大量资源，使加密进程变慢而影响信息传输的速率；其二是，此类在计算机内部通过软件加密的方法往往会被黑客通过入侵用户计算机的方式予以破解，从而使加密功能完全丧失。本专利技术正是针对这一问题而提出的，它在光通信中必不可少的光调制器中集成了加密功能，作为一种硬件加密方式丰富了信息加密的手段。由于采用的是集成光学元件，该方案并不显著增加光调制器的体积与功耗。这使得本专利技术在对器件体积与功耗敏感的光接入网中具有很好的应用前景。众所周知，异或(Exclusive Or，XOR)逻辑运算在信息编码与解码、信号奇偶校验、数据加密解密、图像处理、随机数产生等众多场合都有重要应用。本专利技术提出的光学加密调制器，正是使用集成光学元件来实现异或(XOR)逻辑运算从而实现信息加密的。历史上曾经有两次大规模的光逻辑与光计算的研究热潮。当时集成光学还未得到充分发展，体光学元件实现的光信息处理系统往往体积庞大而且可编程性极低，与集成度高、可编程性能优越的微电子技术相比优势非常少。时至今日，在光通信产业的推动下，借助微电子工艺实现的集成光学器件性能已经有了长足进步，能实现的功能越来越丰富，工作模式也越来越灵活。基于这些集成光学器件的光信息处理研究重新获得了重视。公开于1993年的专利“Optical Mach-Zehnder type logic element whichperforms an XOR operation”(United States Patent 5315422)描述了利用集成化的马赫-曾德尔干涉仪(MZI)实现全光异或及同或逻辑门的方法。两个光信号A和B分别照射到MZI的两臂上，引起MZI两臂的相位差。所以A、B相同则输出一种结果，相异则输出另一种结果。该方法的主要缺点在于，需要较强的光信号激励，而且其输入方式难以进行平面集成。公开于2002年的专利“All-optical XOR gate by using semiconductoroptical amplifiers”(United States Patent 6930826)提出了一种利用两个半导体光放大器(Semiconductor Optical Amplifier，SOA)实现全光异或逻辑门的方法。该器件利用了非线性光学效应，需要较高的光能量输入，且SOA价格昂贵。韩国首尔国立大学的Young Jin Jung等科学家发表于2008年的“Demonstration of 10Gbps，all-optical encryption and decryption systemutilizing SOA XOR logic gates”(Source：OPTICAL AND QUANTUMELECTRONICS，Volume：40，Pages：425-430)描述了他们利用半导体光放大器构建光学异或逻辑门，并用它来实现10Gbps的数据加密与解密-->系统。该研究都表明，光逻辑与光计算在某些特定应用中，具有比集成电路更大的发展潜力。用集成光学逻辑单元来构建的计算与通信系统，可能在不久的将来在高性能处理器中充当处理单元，也可能在集成电路芯片内部的光互联中发挥作用。
技术实现思路
(一)要解决的技术问题有鉴于此，本专利技术的主要目的在于提供一种硅基集成化的光学加密调制器，以解决传统调制与加密方案中的速度瓶颈与安全性问题，达到提高光通信等应用中信息处理速度的目的，并保持器件的小体积、低功耗及低成本。(二)技术方案为达到上述目的，本专利技术采用的技术方案如下：一种硅基集成化的光学加密调制器，该光学加密调制器由两个纳米线微环谐振器MRR实现，具有两个输入端和一个输出端，该两个输入端分别输入一明文电脉冲序列和一密钥电脉冲序列，输出端输出一密文光脉冲序列，该输出的密文光脉冲序列可直接进入光纤进行传输。上述方案中，该光学加密调制器采用绝缘体上硅材料制作而成，基本单元为带热调制机构或电调制机构的纳米线微环谐振器。上述方案中，所述纳米线微环谐振器是直波导相互交叉的微环谐振器，由两个相互交叉的直波导和一个环形波导构成，该环形波导的外边缘同时与相互交叉的两个直波导相切。上述方案中，该光学加密调制器同时实现加密与调制的过程是：将特定波长的连续激光，待发送的明文电脉冲序列(作为第一个输入)作用于一个微环谐振器，用于加密的密钥电脉冲序列(作为第二个输入)作用于另一个微环谐振器，在输出端就能得到经过异或运算加密的密文光脉冲序列。上述方案中，明文电脉冲序列及密钥电脉冲序列对各自的微环谐振器的作用方式是：当电脉冲序列中出现比特“0”时，微环谐振器在工作波长处不谐振，信号直通；当电脉冲序列中出现比特“1”时，微环谐振器在工作波长处谐振，信号下路。上述方案中，明文电脉冲序列及密钥电脉冲序列需要逐比特对齐，在时间上精确同步。上述方案中，输出的密文光脉冲序列即是明文电脉冲序列与密钥电脉冲序列逐比特异或运算的结果。上述方案中，该光学加密调制器在接收端进一步有与之配套的解密器，在该光学加密调制器两端分别集成一个光电转换模块即可得到配套的解密器；在接收端接收到密文光脉冲序列后，经过一次光电转换得到密文电脉冲序列来调制第一个微环谐振器，同时使用与发送端相同的密钥电脉冲序列调制第二个微环谐振器，即可得到明文光脉冲序列，再经过一次光电转换，即可得到明文电脉冲序列。(三)有益效果本专利技术的突出优点是：它在光通信中必不可少的光调制器中集成了加密功能，作-->为一种硬件加密方式丰富了信息加密的手段。利用现成的工艺技术，使得器件体积小，功耗低，扩展性好，便于与电学元件集成。该方案并不显著增加光调制器的体积与功耗，这使得本专利技术在对器件体积与功耗敏感的光接入网中具有很好的应用前景。附图说明从以下结合附图通过优选实施例的方式，进一步详细描述本专利技术，可使本专利技术的上述目的、方案和优点变得愈为清晰，其中：图1为交叉结构的微环谐振器(MRR)，其对某些波长信号“下路”，对某些波长信号“直通”(“下路”与“直通”的含义将在下文进行详细说明)，这取决于这些波长是否满足谐振条件，MRR是加密调制器的基本组成单元；图2为用来对MRR进行调谐的电极结构，在电极上施加电压，通过产生热量或者改变材料中的载流子浓度来改变环形波导的群折射率从而改变MRR的谐振波长，实现动态滤波，意即使MRR对某波长信号可能直通也可能下路(取决于所加电压情况)；图3为单个MRR实现异或运算的工作原理示意图，这里有三个输入，x与(1-x)是光脉冲输入，y是电脉冲输入，实现的是x与y的逐比特异或运算，结果为光脉冲的形式；图4为两个MRR的组合实现电脉冲的调制与加密的工作原理示意图，这是本专利技术提出的加密调制器的基本结构，将固定波长的连续激光输入到器件中，要发送的明文电脉冲序列及用来加密的密钥电脉冲序列分别调制一个MRR，输出结果是密文序列，为光脉冲形式；图5为发送端使用本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种硅基集成化的光学加密调制器，其特征在于，该光学加密调制器由两个纳米线微环谐振器ＭＲＲ实现，具有两个输入端和一个输出端，该两个输入端分别输入一明文电脉冲序列和一密钥电脉冲序列，输出端输出一密文光脉冲序列，该输出的密文光脉冲序列可直接进入光纤进行传输。

【技术特征摘要】
1.一种硅基集成化的光学加密调制器，其特征在于，该光学加密调制器由两个纳米线微环谐振器MRR实现，具有两个输入端和一个输出端，该两个输入端分别输入一明文电脉冲序列和一密钥电脉冲序列，输出端输出一密文光脉冲序列，该输出的密文光脉冲序列可直接进入光纤进行传输。2.根据权利要求1所述的硅基集成化的光学加密调制器，其特征在于，该光学加密调制器采用绝缘体上硅材料制作而成，基本单元为带热调制机构或电调制机构的纳米线微环谐振器。3.根据权利要求2所述的硅基集成化的光学加密调制器，其特征在于，所述纳米线微环谐振器是直波导相互交叉的微环谐振器，由两个相互交叉的直波导和一个环形波导构成，该环形波导的外边缘同时与相互交叉的两个直波导相切。4.根据权利要求1所述的硅基集成化的光学加密调制器，其特征在于，该光学加密调制器同时实现加密与调制的过程是：将特定波长的连续激光输入到器件中，待发送的明文电脉冲序列作为第一个输入作用于一个微环谐振器，用于加密的密钥电脉冲序列作为第二个输入作用于另一个微环谐振器，在输出端就能得到经过异或运算加密的密文光脉冲序列...

【专利技术属性】
技术研发人员：张磊，杨林，陈平，贾连希，冀瑞强，田永辉，卢洋洋，刘育梁，
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：11[中国|北京]