CN109327305B - 基于液晶光栅的编码系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于液晶光栅的编码系统。该系统包括：光源、前准直透镜组、可编码的液晶光栅、后准直透镜组、光谱读取装置、编码控制装置和固定系统的机械结构。工作时，具有一定谱宽的光经前准直透镜组入射到液晶光栅，编码控制装置控制液晶光栅产生特定参数的衍射光栅，光经过衍射光栅形成特定的光谱分布而编码加密。然后，光继续经过后准直透镜组投射到光谱读取装置，解码时通过选择光栅光谱特定级次左侧或右侧光谱的特定谱线作为解码钥匙，比对解码屏读取所需信息。本发明系统装置易于搭建和制造、编码系统的加密空间巨大、使用方便，可用于军事信息或一般信息的加密，加密内容可以保证无法暴力解密。

Description

基于液晶光栅的编码系统
技术领域
本发明属于信息加密领域，特别是一种基于液晶光栅的编码系统。
背景技术
基于液晶光栅的编码是用于对信息编码加密，是一种新型编码加密技术。和传统以及现有的信息加密技术相比，具有更大的加密空间和相对简单的系统构造。以光学加密中利用激光器混沌的信息加密方式为例，虽然此方式理论上同样具有巨大未知的混沌状态，但其原理和具体实施方式都比较复杂，相关的系统搭建也难以实现且实际效果低于理论预测。以量子通信加密方式为例，其加密信息在原理上能够保证无法窃取破解，但在实现过程中对具体设备的各种要求特别严苛，整个实验系统不仅复杂而且设备昂贵。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于液晶光栅的编码系统。
实现本发明目的的技术解决方案为：一种基于液晶光栅的编码系统，包括光源、前准直透镜组、可编码的液晶光栅、后准直透镜组、光谱读取装置和编码控制装置所述光源、前准直透镜组、液晶光栅、后准直透镜组、光谱读取装置依次固定在同一水平线上，并使它们的几何中心保持同一轴线，所述光源发出的光经前准直透镜组入射到液晶光栅，编码控制装置控制液晶光栅产生特定的光栅，光经过液晶光栅衍射后形成特定的光谱分布而编码加密，衍射后的光经过后准直透镜组投射到光谱读取装置，光谱读取装置读取光谱并显示光谱信息，解码时通过选择光栅光谱特定级次左侧或右侧光谱的特定谱线作为解码钥匙，读取解码钥匙在特定解码位置上的字符获得加密信息。
优选地，所述编码控制装置用于控制液晶光栅的光栅常数、栅距、总缝数使其产生特定光栅。
优选地，所述液晶光栅包括液晶材料及导电玻璃，液晶材料封装在两块导电玻璃里，其中一块导电玻璃把导电面刻划成栅状电极，并将各栅状电极和另一块导电玻璃的导电面连接编码控制装置，通过编码控制装置控制各栅状电极的电位，从而产生不同光栅常数、不同缝宽、不同缝数的周期性或非周期性的衍射光栅。
优选地，所述光谱读取装置包括光谱分析读取部分和解码屏部分，所述光谱分析读取部分用于获得衍射光栅的光谱信息，所述解码屏部分用于光谱显示和解码，所述解码屏为一块被划分成若干独立区域的白屏，每个区域代表一个字符，且解码屏上划分区域范围和每个区域内的字符可变化。
本发明与现有技术相比，其显著优点为：(1)本发明的加密空间巨大，经过编码的信息不容易被暴力解密；(2)本发明稳定性高，编码效率较高；(3)本发明原理结构简单，制作使用方便，易于快速推广和应用。
附图说明
图1为本发明基于液晶光栅的编码系统的结构示意图。
图2为液晶光栅示意图。
图3为液晶光栅工作示意图。
图4为光谱读取装置组成示意图。
图5为实施例1指定参数的液晶光栅衍射的特征光谱。
图6为实施例1的解码屏。
图7为实施例1的解码示意图。
其中：1为光源、2为前准直透镜组、3为液晶光栅、4为后准直透镜组、5为光谱读取装置、6为编码控制装置、7为固定系统的机械结构、8为液晶分子、9为导电薄膜面、10为导电薄膜栅状电极、11为光谱分析读取部分、12为光谱光线、13为解码屏部分。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步说明。
如图1所示，一种基于液晶光栅的编码系统，包括光源1、前准直透镜组2、可编码的液晶光栅3、后准直透镜组4、光谱读取装置5和编码控制装置6，所述光源1、前准直透镜组2、液晶光栅3、后准直透镜组4、光谱读取装置5依次固定在同一水平线上，并使它们的几何中心保持同一轴线，保证光源1发出的光能够依次且完整的经过前准直透镜组2、液晶光栅3、后准直透镜组4，最后完整地投射到光谱读取装置5，所述编码控制装置6用于控制液晶光栅3的光栅常数、栅距、总缝数使其产生特定光栅，所述光源1发出的光经前准直透镜组2入射到液晶光栅3，编码控制装置6控制液晶光栅3产生特定的光栅，光经过液晶光栅3衍射后形成特定的光谱分布而编码加密，衍射后的光经过后准直透镜组4投射到光谱读取装置5，光谱读取装置5读取光谱并显示光谱信息，解码时通过选择光栅光谱特定级次左侧或右侧光谱的特定谱线作为解码钥匙，读取解码钥匙在特定解码置上的字符获得加密信息。
进一步的实施例中，所述编码控制装置6用于控制液晶光栅3的光栅常数、栅距、总缝数使其产生特定光栅。如图2、3所示，所述液晶光栅3包括液晶材料及导电玻璃，液晶材料封装在两块导电玻璃里，其中一块导电玻璃把导电面刻划成栅状电极，并将各栅状电极和另一块导电玻璃的导电面连接编码控制装置6，通过编码控制装置6控制各栅状电极的电位，从而产生不同光栅常数、不同缝宽、不同缝数的周期性或非周期性的衍射光栅。编码控制装置6通过控制液晶光栅3的栅状电极10的电位，实现对光栅的光栅常数、栅距、总缝数三个参数的控制。
进一步的实施例中，所述光谱读取装置5包括光谱分析读取部分11和解码屏部分13，其结构参照图4。所述光谱分析读取部分用于获得衍射光栅的光谱信息，所述解码屏部分用于光谱显示和解码，所述解码屏为一块被划分成若干独立区域的白屏，每个区域代表一个字符，且解码屏上划分区域范围和每个区域内的字符可变化。其结构参照图6。解码时通过选择光栅光谱特定级次左侧或右侧的特定谱线作为解码钥匙，读取解码钥匙在解码屏位置上的字符获得加密信息。
基于液晶光栅的编码系统在信息加密中，通过液晶材料的电光效应产生特定参数的衍射光栅，再利用光栅的衍射效应对光线进行编码。由液晶光栅可产生许多不同参数的衍射光栅，同时光栅衍射形成众多特征谱线，解码时通过选择光栅光谱特定级次左侧或右侧光谱的特定谱线作为解码钥匙，比对解码屏读取所需信息。本发明工作原理简单、加密空间巨大和实验系统容易搭建。因此，基于液晶光栅的编码系统在信息加密领域有着巨大应用前景。
下面结合实施例对本发明做进一步说明。
实施例1
本发明基于液晶光栅的编码系统，包括光源1、前准直透镜组2、可编码的液晶光栅3、后准直透镜组4、光谱读取装置5和编码控制装置6，所述光源1、前准直透镜组2、液晶光栅3、后准直透镜组4、光谱读取装置5依次固定在同一水平线上，并使它们的几何中心保持同一轴线，保证光源1发出的光能够依次且完整的经过前准直透镜组2、液晶光栅3、后准直透镜组4，最后完整地投射到光谱读取装置5。
编码阶段：令光源1发出380～780nm的光线，经过前准直透镜组2均匀入射到液晶光栅3。然后，所述编码控制装置6控制液晶光栅3，形成光栅常数为40um、栅距为10um、总缝数为200条的特定衍射光栅。设定此编码内容为大写字母L。
解码阶段：光经过此特定衍射光栅将形成特定的衍射光谱，再经过后准直透镜组4投射到光谱读取装置5。所述光谱读取装置5的光谱分析读取部分11读取光谱后，将光谱信息显示到光谱读取装置5的解码屏部分13。所述解码屏部分13是一块被划分成许多独立的区域的白屏，每个区域代表一个字符，如图6所示。为方便观察和说明，仅选取波长为660nm的红光、波长为610nm的橙光、波长为570nm的黄光、波长为550nm的绿光、波长为460nm的青光、波长为440nm的蓝光、波长为410nm的紫光共7条特征谱线表示衍射光谱，如图5所示，其中，字母R表示波长为660nm的红光、字母O表示波长为610nm的橙光、字母Y表示波长为570nm的黄光、字母G表示波长为550nm的绿光、字母C表示波长为460nm的青光、字母B表示波长为440nm的蓝光、字母P波长为410nm的紫光。此处选取第一级次右侧光谱，波长为550nm的绿光为解码钥匙。将衍射光谱的第一级次右侧的光谱截下，放大至图6特定解码屏同样大小，进行比对读取信息。结果为图7，其中，字母R表示波长为660nm的红光、字母O表示波长为610nm的橙光、字母Y表示波长为570nm的黄光、字母G表示波长为550nm的绿光、字母C表示波长为460nm的青光、字母B表示波长为440nm的蓝光、字母P波长为410nm的紫光，所加密的信息为大写字母L。
每次通过编码控制装置6控制液晶光栅3，形成不同光栅常数、不同缝宽、不同缝数的周期性或非周期性特定的衍射光栅，光经过此衍射光栅会形成特定的衍射光谱而进行编码加密。然后，选择特定级次右侧或左侧光谱的某条特征谱线作为解码钥匙，通过光谱读取装置5读取光谱并在特定解码屏上获取加密信息。重复上述操作，即可实现完整信息的编码和解码。
以加密5个字母为例，选取381nm、382nm、383nm......779nm、780nm共400条特征谱线组成的特征衍射谱，仅选取衍射光谱第一级次的右侧光谱和拥有10块特定的解码屏。在不知任何其他信息的情况下，理论上将会有10^400以上的可能。面对如此巨大的未知性，包括现代的超级计算机在内，世界全部的计算机在有限时间内(比如1年)共同工作也是无法破解的。因此，本发明的基于液晶光栅的编码系统在信息加密领域有着极大的应用前景。

Claims (2)

1.一种基于液晶光栅的编码系统，其特征在于，包括光源（1）、前准直透镜组（2）、可编码的液晶光栅（3）、后准直透镜组（4）、光谱读取装置（5）和编码控制装置（6），所述光源（1）、前准直透镜组（2）、液晶光栅（3）、后准直透镜组（4）、光谱读取装置（5）依次固定在同一水平线上，并使它们的几何中心保持同一轴线，所述光源（1）发出的光经前准直透镜组（2）入射到液晶光栅（3），编码控制装置（6）控制液晶光栅（3）产生特定的光栅，光经过液晶光栅（3）衍射后形成特定的光谱分布而编码加密，衍射后的光经过后准直透镜组（4）投射到光谱读取装置（5），光谱读取装置（5）读取光谱并显示光谱信息，解码时通过选择光栅光谱特定级次左侧或右侧光谱的特定谱线作为解码钥匙，读取解码钥匙在特定解码位置上的字符获得加密信息；所述编码控制装置（6）用于控制液晶光栅（3）的光栅常数、栅距、总缝数使其产生特定光栅；所述液晶光栅（3）包括液晶材料及导电玻璃，液晶材料封装在两块导电玻璃里，其中一块导电玻璃把导电面刻划成栅状电极（10），并将各栅状电极和另一块导电玻璃的导电面连接编码控制装置（6），通过编码控制装置（6）控制各栅状电极的电位，从而产生不同光栅常数、不同缝宽、不同缝数的周期性或非周期性的衍射光栅。
2.根据权利要求1所述的基于液晶光栅的编码系统，其特征在于，所述光谱读取装置（5）包括光谱分析读取部分（11）和解码屏部分（13），所述光谱分析读取部分用于获得衍射光栅的光谱信息，所述解码屏部分用于光谱显示和解码，所述解码屏为一块被划分成若干独立区域的白屏，每个区域代表一个字符，且解码屏上划分区域范围和每个区域内的字符可变化。
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