基于半导体光放大器的全光异或逻辑门及加密解密技术

发布时间：2020-08-10 15:37

【摘要】：随着通信技术的飞速发展,信息安全的重要性日愈突出。由于从光器件和光缆等物理层入手,光信号容易被泄露或窃听,这将对光网络安全造成威胁。对传输的光信号进行加密处理可以提高数据的安全性。传统的光加密系统依赖于光电转换的逻辑电路,而电子器件在处理高速信号时存在“电子瓶颈”。全光信号处理由于只在光域对信号进行处理,不仅可以避免复杂的光电光转换,还可以减少处理高速光信号带来的时延。作为其重要部分,全光逻辑门特别是全光异或(Exclusive-or,XOR)逻辑门在数据加密解密等方面扮演重要作用。半导体光放大器(Semiconductor Optical Amplifier,SOA)非线性效应高且易于集成,非常适合用来实现全光XOR逻辑门。本文将研究基于SOA实现高速全光XOR逻辑门的新方法,并在此基础上进行全光信号的加密与解密实验。具体工作如下:(1)建立了基于加速开关频域模型;探究了SOA个数对多个级联SOA开关速率的影响。由于SOA的内部有限的载流子恢复时间制约了其工作速度,而基于SOA的新型开关结构——加速开关能够有效提高其响应速度。我们建立了加速开关的频域模型,考虑了SOA内部增益的不均匀性;通过对小信号频率响应曲线进行数值仿真和理论分析,理论预计了加速开关的工作带宽。进行了多个级联SOA开关的实验,分析了SOA个数对开关响应速度的影响。(2)结合加速开关和双超快速非线性干涉仪(Dual Ultrafast Nonlieaner Interferometer,UNI),进行了85 Gbit/s的全光XOR逻辑门实验,从实验上验证了加速开关可以提高基于SOA的全光XOR逻辑门的速率。同时,提出了一种基于加速开关的新型XOR逻辑门设计方案,即在马赫-曾德干涉仪(Mach-Zehnder Interferometr,MZI)的上下臂各放置一个加速开关作为非线性器件,其结构简单,性能稳定,有望实现高速全光XOR逻辑门。(3)利用SOA的四波混频效应(Four Wave Mixing,FWM),首次提出了针对非归零差分相移键控信号(NRZ-DPSK)的加密与解密方案,并从实验上成功进行了验证。此方案针对的是NRZ-DPSK,其幅度包络恒定,所以能够克服高速(On-off keying)OOK信号引起的输出信号质量恶化,从而实现高速全光信号的加密与解密。
【学位授予单位】：上海交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TN722;TN918.4

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本文编号：2788286