[发明专利]一种硅基集成化的光学加密调制器

说明书

技术领域

本发明涉及光纤通信技术领域，特别涉及用一种硅基集成化的光学加密调制器。

背景技术

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。

本发明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。这使得本发明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。本发明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。

发明内容

(一)要解决的技术问题

有鉴于此，本发明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，本发明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。