CN114268471A - 一种用于光通信系统的光时域隐身及加密装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于光通信系统的光时域隐身及加密装置，所述装置包括幅度控制信号、相位控制信号和相幅编辑器；其中，所述相幅编辑器，用于在幅度控制信号作用下对输入的光信号实现脉冲强度时域隐身，用于在相位控制信号作用下对输入的相干调制光信号实现相位加密，还用于在幅度控制信号和相位控制信号共同作用下，对输入的相干调制光信号同时实现光时域强度和相位两个维度的编辑加密。本发明的装置不仅可以用在基于强度调制的低速率光通信系统，还可以用在基于相干调制的大容量、高速率的光通信系统中，旨在解决现有时域隐身技术存在的问题；具有实现简单、隐身比特比高、体积小和易于集成的优点。

Description

一种用于光通信系统的光时域隐身及加密装置

技术领域

本发明属于光通信及光电子器件领域，尤其涉及一种用于光通信系统的光时域隐身及加密装置。

背景技术

隐身顾名思义就是让观察者观察不到待测目标。在隐身领域发展过程中，最先发展的是空间隐身。空间隐身是通过改变空间目标周围的折射率，使探测光绕开空间目标传播，使观测者完全观察不到空间目标的存在。后来研究人员将空间隐身的研究内涵拓展到时间域，提出时域隐身技术。时域隐身就是将时间域内发生的事件隐藏掉，使观察者不能察觉到该事件“曾经”发生过，时域隐身技术在安全通信领域具有非常重要的应用前景。

目前已有研究人员提出利用光纤色散实现光信号时域隐身。利用光纤色散实现光信号时域隐身有两种方式，第一种方式是利用不同频率光在色散光纤中传输速度不一样的现象，打开一个没有光功率存在的时间隐身窗口，在时间隐身窗口内发生的事件不会被探测，待事件发生后通过色散补偿光纤将时间窗口缝合；另外一种方式是利用光纤色散实现时域泰伯效应，通过将光功率重新分配，抹掉光功率调制过的“痕迹”，从而实现对事件的时域隐身。还有研究人员提出光功率时域分割和回填的方法实现时域隐身，利用光开关对信号进行时域分割、产生一个时间隐身窗口，待事件发生后再进行光功率回填、缝合时间隐身窗口。目前已报道的光信号时域隐身的方法都只是对事件信号光的强度隐身，没有考虑事件信号的相位维度，所以目前已报道的隐身方法只能用在基于强度调制的低速率通信系统。然而随着社会的发展，各种新类型业务不断涌现，人们对通信容量的需求日益增长，100G、400G和800G等大容量系统已逐渐商用，开始成为通信的主流，而这些系统都是基于相干调制的光通信系统，它们的光信号强度和相位都携带着信息。因此，已报道的时域隐身方案均不可用于大容量、高速率的相干光通信系统。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术缺陷，提出了一种用于光通信系统的光时域隐身及加密装置。

为了实现上述目的，本发明提出了一种用于光通信系统的光时域隐身及加密装置，所述装置包括幅度控制信号、相位控制信号和相幅编辑器；其中，

所述相幅编辑器，用于在幅度控制信号作用下对输入的光信号实现脉冲强度时域隐身，用于在相位控制信号作用下对输入的相干调制光信号实现相位加密，还用于在幅度控制信号和相位控制信号共同作用下，对输入的相干调制光信号同时实现光时域强度和相位两个维度的编辑加密。

作为上述装置的一种改进，所述幅度控制信号和相位控制信号均为电信号并且均与输入的光信号时钟同步。

作为上述装置的一种改进，所述相幅编辑器包括依次串联的可调谐激光器、相位调制器、强度调制器、光耦合器、光学相位扫描器和可调滤波器；其中，

所述可调谐激光器，用于生成激光信号并输入相位调制器；

所述相位调制器，用于在相位控制信号的驱动下，对输入光信号进行相位调制；

所述强度调制器，用于在幅度控制信号的驱动下，对输入光信号进行强度调制；

所述光耦合器，用于将输入光信号与经过相位调制器及强度调制器调制后的光信号合成一路光信号并输入光学相位扫描器；

所述光学相位扫描器，用于输出携带与输入信号光同相或共轭相位的光信号；

所述可调滤波器，用于将特定波长的光信号过滤出来。

作为上述装置的一种改进，所述可调谐激光器为波长可调节并且输出功率恒定的激光器。

作为上述装置的一种改进，所述光学相位扫描器为周期极化铌酸锂或非线性光学介质。

作为上述装置的一种改进，所述在幅度控制信号作用下对输入的光信号实现脉冲强度时域隐身；具体包括：

当幅度控制信号F_intensity(nT)为“0”时，输出信号的振幅为0，从而对输入的光信号实现脉冲强度时域隐身；当幅度控制信号F_intensity(nT)为非“0”时，输出信号的振幅受幅度控制信号调控而改变，其中，T表示周期信号，n表示码元序号序列，为正整数。

作为上述装置的一种改进，所述在相位控制信号作用下对输入的相干调制光信号实现相位加密；具体包括：

当幅度控制信号F_intensity(nT)为“1”并且相位控制信号F_phase(nT)为非“0”时，输出信号的振幅与输入信号的振幅保持一致，输出信号的相位包含输入信号调制相位

和受相位控制信号F_phase(nT)调制产生的附加相位，从而实现相位加密，其中，T表示周期信号，n表示码元序号序列，为正整数。

作为上述装置的一种改进，，所述在幅度控制信号和相位控制信号共同作用下，对输入的相干调制光信号同时实现光时域强度和相位两个维度的编辑加密；具体包括：

当幅度控制信号F_intensity(nT)为非“0”且非“1”并且相位控制信号F_phase(nT)为非“0”时，输出信号的振幅受幅度控制信号调控而改变，并且输出信号的相位包含输入信号调制相位

和受相位控制信号F_phase(nT)调制产生的附加相位，从而同时实现光时域强度和相位两个维度的编辑加密，其中，T表示周期信号，n表示码元序号序列，为正整数。

作为上述装置的一种改进，所述可调滤波器是中心波长可调的光学滤波器。

与现有技术相比，本发明的优势在于：

1、本发明的装置不仅可以用在基于强度调制的低速率光通信系统，还可以用在基于相干调制的大容量、高速率的光通信系统中，旨在解决现有时域隐身技术存在的问题；

2、本发明的装置具有实现简单、隐身比特比高、体积小和易于集成的优点；

3、本发明的装置可以独立地对光信号的强度时域隐藏、相位加密以及时域隐藏与加密组合，通过调节振幅幅度控制信号和相位控制信号的脉冲宽度，可以灵活调节时间隐身窗口的大小，可以通过相位控制信号的电平对相为信息进行加密编辑，本发明装置在安全光通信中具有重要的应用价值。

附图说明

图1是本发明的用于光通信系统的光时域隐身及加密装置信号流图；

图2是本发明的装置结构示意图；

图3(A)是光学相位扫描器工作原理图；

图3(B)是光学相位扫描器为周期极化铌酸锂的工作原理图；

图3(C)是光学相位扫描器为高非线性光纤(HNLF)的非线性光学介质的工作原理图；

图4是本发明实施例1的光学相位扫描器结构示意图；

图5是图4中各节点的信号波形图；

图6是图4中各节点对应的强度时域信号；

图7是图4中各节点对应的相位时域信号；

图8(A)是输入的光信号星座图；

图8(B)是相位控制信号的高电平对应的调制相位为π时，对应的星座图；

图8(C)是相位控制信号的电平使得相位控制信号驱动相位调制器产生的调制相位为

得到的星座图。

具体实施方式

针对目前时域隐身方案存在的不足，本发明基于相位扫描的原理设计一种可以同时对光信号的幅度和相位进行编辑的装置，该装置可以独立对光信号的强度隐身和相位加密。因此本发明不仅适用于基于强度调制的低速率光通信系统，也适用于基于相干调制的大容量、高速率相干光通信系统中。本装置可以独立对光信号的强度、相位两个维度进行编辑，大大提高通信系统的信息安全性。

为了实现上述目的，本发明基于相位扫描的原理设计一种相幅编辑器，并基于相幅编辑器实现对各种通信速率光通信系统的信号进行时域隐身和相位加密。所述时域隐身及加密装置如附图1所示。所述时域隐身及加密装置由幅度控制信号、相位控制信号、输入信号、输出信号和相幅编辑器组成。

所述幅度控制信号是二进制码元“0”、“1”码元驱动，产生非归零码矩形脉冲电信号。需要指出，幅度控制信号可以采用包含但不限于非归零码矩形脉冲。

所述相位控制信号是二进制码元“0”、“1”码元驱动，产生非归零码矩形脉冲电信号。需要指出，相位控制信号可以采用包含但不限于非归零码矩形脉冲。

所述输入信号为待隐身和加密的光信号，所述输入信号输入到所述时域隐身及加密装置，所述时域隐身及加密装置在所述幅度控制信号、所述相位控制信号的控制下，对所述输入信号进行时域隐身和相位加密。所述输入信号可以为低速率光通信系统的信号，也可以是大容量高速率相干光通信系统的信号。

所述输出信号是所述输入信号经过所述时域隐身及加密装置处理后输出的光信号

所述相幅编辑器由可调谐激光器、相位调制器和强度调制器、光耦合器和光学相位扫描器组成，其内部详细结构附图2所示。

更进一步地，所述可调谐激光器是波长可调节，并且输出功率恒定的激光器。

所述相位调制器受所述相位控制信号驱动，对输入光信号的相位进行调制。所述相位调制器包含但不限于铌酸锂晶体。

所述强度调制器受所述幅度控制信号驱动，对输入光信号的强度进行调制。所述强度调制器包含但不限于马赫增德尔调制器。

所述光耦合器是具有两个输入光端口、一个光输出端口的无源光学器件，所述光耦合器的功能是将所述两个输入端口输入的光信号合成一路光信号，并通过所述输出端口输出。

所述光学相位扫描器一种具有如下特征的光学器件或者光学系统，所述相位扫描器的工作原理示意图如附图3(A)所示。当信号1和信号2输入到所述光学相位扫描器，产生一束输出光信号。所述信号光1、信号光2和输出光信号的复振幅分别表示为E_信号1、E_信号2和E_输出信号。E_信号1、E_信号2和E_输出信号可以使用下面的公式描述。

(1)式中R为实数、常数，“*”表示共轭。由(1)式可以看出经过所述光学相位扫描器后，输出信号光的复振幅携带信号1的相位和信号2的共轭相位。公式(1)仅作为一个具体的示例。在实际中，所述相位共轭器可以是一个或者多个输入光信号，E_输出信号输出方向可以与信号1、信号2的传输方向相同或者相反、波长可以相同或者不相同。为了使本发明所述的光相位扫描器更加清晰，下文通过光学相位扫描器示例1和光学相位扫描器示例2对所述光相位扫描器进一步说明。

所述光学相位扫描器示例1中光学相位扫描器是周期极化铌酸锂。更进一步地，光学相位扫描器示例1工作过程如附图3(B)所示，抽运光和信号光输入到周期极化铌酸锂中，其中抽运光和信号光的角频率符合周期极化铌酸锂发生和频效应的准相位匹配条件，抽运光和信号光在周期极化铌酸锂中传输时发生和频效应产生和频光。和频光的角频率是抽运光角频率和信号光角频率之和。所产生的和频光与控制光的角频率满足在周期极化铌酸锂发生差频准相位匹配条件，在传输过程和频光与控制光发生差频效应产生闲频光，闲频光的角频率是和频光频率与控制光频率之差。当输入抽运光、信号光和控制光的功率比较强的情况下，闲频光的复振幅与信号光、抽运光及控制光的复振幅关系可以使用下式表示。

(2)式子中R为实数、常数。从(2)式可以看出输出的闲频光携带抽运光、信号光的相位信息以及控制光共轭相位信息。需要指出的是，这几束光在周期极化铌酸锂传输过程中，和频、差频效应是同时发生的。

所述光学相位扫描器示例2中光学相位扫描器是包含但不限于高非线性光纤(HNLF)的非线性光学介质。光学相位扫描器示例2的工作过程如附图3(C)所示。信号光、泵浦光1和泵浦光2输入到非线性介质中，在非线性介质中发生简并四波混频，产生一束反射光。所述信号光、泵浦光1、泵浦光2和反射光的频率相同，输入方向如附图3(C)所示，在反射光的传输方向上只有反射光，因此很容易将反射光提取出来。反射光的复振幅与信号光复振幅关系可以使用下式表示。

(3)式中R是常数，称为反射比例。从(3)式可以看出反射光携带着信号光的共轭相位信息。

综合上述两个光学相位扫描器示例，所述光学相位扫描器可以概括为：任何光学器件或者光学系统，当一个或者多个光信号经过该光学器件或者光学系统后，输出光携带其中一个或者多个输入信号光的相位或者共轭相位，都属于本发明所述光学相位扫描器的范畴。

所述可调光学滤波器是中心波长可调的光学滤波器。所述可调光学滤波器包含但不限于可调谐高斯滤波器。

下面结合附图和实施例对本发明的技术方案进行详细的说明。

实施例1

如图4所示，本发明的实施例1提出了一种用于光通信系统的光时域隐身及加密装置。装置包括幅度控制信号、相位控制信号和相幅编辑器；相幅编辑器包括依次串联的可调谐激光器、相位调制器、强度调制器、光耦合器、光学相位扫描器和可调滤波器。其中，光学相位扫描器采用周期极化铌酸锂。

本发明具备时域隐身、相位加密和时域隐身与相位加密组合三种工作模式。当本发明的装置工作在时域隐身与相位加密组合而幅度控制信号全为“1”时，实现的效果与仅相位调制一样，即相位加密工作模式是时域隐身与相位加密组合工作模式的一种特殊情况，所以下文只阐述实施例的时域隐身、时域隐身与相位加密组合两种工作模式的工作过程。在实施例中，相位控制信号、幅度控制信号与输入信号保持时钟同步，并且将时钟周期描述为T。

(1)时域隐身工作模式

本发明装置在时域隐身工作模式下，可以对输入信号脉冲强度时域隐身。本装置工作在时域隐身工作模式下，相位调制不影响强度信息，为了方便描述将相位控制信号全部设置为高电平。输入信号为“1”表示有事件发生，为“0”表示没有事件发生。为了分析是否有事件发生、是否需要隐身完整组合情况，设置输入光信号的码元为“0011”，幅度控制信号为“0101”，附图4中各节点的信号波形如附图5所示。

步骤一：相位控制信号设置为高电平，即相位控制信号对应的码元全为“1”，时域波形如附图5的(A)所示。幅度控制信号码元设置“0101”，幅度控制信号时域波形如附图5的(B)所示，相位控制信号和幅度控制信号都设置为非归零码矩形脉冲，主要是为了使整个时间周期内都能够对信号的相位、幅度进行调制。相位控制信号和幅度控制信号的脉冲形状包含但不限于非归零吗矩形脉冲。第一可调激光器发出的是光功率恒定激光，时域波形如图附图5的(C)所示。

步骤二：第一可调谐激光器发出的光与相位控制信号输入到相位调制器，由于相位调制器只调制输入光信号的相位，因此相位调制器输出的光功率不变，相位调制器输出光信号的时域波形如附图5的(D)所示。相位调制器输出的光信号与幅度控制信号输入到强度调制器，强度调制器受到幅度控制信号的驱动，对输入光信号的强度进行调制，强度调制器的输出光信号的时域波形如附图5的(E)所示。

步骤三：输入信号光的时域波形如附图5的(F)所示，工作在时域隐身模式下是对脉冲强度进行隐身，所以输入信号的脉冲特征应集中在中间部分的形状，如高斯脉冲，实际中输入信号脉冲可以采用包含但不限于高斯形状的脉冲。强度调制器输出光与输入信号光通过第一光耦合器在一起。第一光耦合器输出的光与第二可调谐激光器发出的光通过第二光耦合器耦合在一起。其中，第二可调激光器发出的是光功率恒定的激光，其时域波形如附图5的(G)所示。第二光耦合器输出的光信号输入到周期极化铌酸锂中。通过调节第一可调谐激光器的波长，使第一可调谐激光器的角频率与输入信号光的角频率满足周期极化铌酸锂的和频效应准相位匹配条件，从而在周期极化铌酸锂中产生和频光；通过调节第二可调谐激光器的波长，使第二可调激光器的角频率与和频光的角频率满足周期极化铌酸锂的差频准相位匹配条件，在周期极化铌酸锂中产生闲频光。将附图4中E、F和G节点处对应信号的复振幅表示为E_E、E_F、E_G。闲频光在H点处的复振幅表示为E_闲H。根据光学相位扫描器示例1的分析可以得出E_闲H的表达式。

(4)式子中R是常数、实数，由(4)可以看出闲频光的复振幅由E_E、E_F和

决定，由于第二可调激光器发出的光是功率恒定，所以

为的振幅为固定值，输出闲频光的复振幅的幅度由E_E和E_F决定。当幅度控制信号为“0”时，不管输入信号光E_F的幅度是否为0，输出闲频光的复振幅E_闲H的幅度为0；当幅度控制信号为“1”时，由于幅度控制信号采用非归零码矩形脉冲，因此E_E在周期时间内是固定值，最终闲频光复振幅的幅度形状由E_F决定，因此闲频光的脉冲形状与E_F的形状一样是高斯脉冲。

综合上述分析：当幅度控制信号为“0”时，闲频光没有光功率输出；当幅度控制信号为“1”时，闲频光输出脉冲形状与信号光一样形状的波形。所以在附图4的H节点处，闲频光的脉冲波形如附图5的(H)所示。

步骤四：在附图4的H节点处，除了输出闲频光，还有其它频率的光信号，所以周期极化铌酸锂的输出光通过一个可调滤波器，通过调节可调滤波器的中心波长，将闲频光过滤出来。

结合附图5的(B)、(F)和(I)可以看出，当幅度控制信号为“0”时，即打开时间隐身开关，则输入信号的脉冲将被隐藏；当幅度控制信号为“1”时，时间隐身开关关闭，则输入信号的脉冲正常输出。从而实现通过隐身控制开关对输入信号脉冲时域隐身的效果。

(2)时域隐身与相位加密组合工作模式

时域隐身与相位加密组合工作模式包含对强度隐身和相位加密，所以附图4中各节点处信号说明包含强度和相位的演变。附图6是附图4中各节点对应的强度时域信号，附图7是附图4中各节点对应的相位时域信号。并且事先约定：下文信号周期的序号从右到左标识，即时间轴0-T为下文描述的第四个周期。

时域隐身与相位加密组合工作模式的系统如附图4所示。与时域隐身工作方式不同，此时输入光信号的相位也携带信息。以4相位正交振幅调制(4QAM)为例，单个码元携带2个比特的信息，当对单个4QAM信号的码元时域隐身，即可实现对2比特信息隐身，隐身效率是目前已报道隐身方案的2倍。单个码元携带的比特位数越高，隐身效率越高，如64QAM调制格式的信号，可以实现6个比特的信息隐身。

本装置的输入信号可以采用包含但不限于4QAM的调制格式的信号，在本实施例中采用4QAM调制信号作为输入信号示例，设置四个码元作为输入信号的示例，四个码元的相位为

和

对应的角度为-135°、-45°、45°和135°。

振幅控制信号和相位控制信号是电信号，它们对光信号的调制是通过包含但不限于电压、电流驱动调制器，实现对输入调制器的光信号强度或者相位进行调制，振幅控制信号和相位控制信号的相位不影响对光信号的调制，在实施例中幅度控制信号、相位控制信号的相位均设置为0，相位控制信号、振幅控制信号的相位如附图7的(A)、(B)所示。振幅控制信号和相位控制信号可以采用包含不限于矩形的脉冲，实施例中采用矩形脉冲进行说明，振幅控制信号码元序列设置为“0101”，设置相位控制信号码元序列为“0011”，相位控制信号、振幅控制信号的电平波形如附图6的(A)、(B)所示。

相位调制器受相位控制信号驱动，对输入信号光的相位进行线性调制。举例说明，相位控制信号的电平在[-1，1]之间，对应的调制相位范围为[-π，π]，当相位控制信号的电平取值为

对应的调制相位为

相位控制信号电平取值越多，对应调制相位取值越多。在实施例中，相位控制信号设置为高电平和低电平[0，1]，对应调制相位为[0，π]。

输入信号的相位除了携带信息的调制相位外，还包含相位噪声。因此，输入信号的第n个码元的复振幅表示为：

(5)式中，下标S表示信号，下标F表示对应附图4的F节点，下标N表示噪声。A_SF是输入信号光的振幅，ω_S是信号光的角频率，

是第n个码元的调制相位，以4QAM作为说明例子，

的取值集合为

是输入信号光的相位噪声。

第一可调谐激光器输出的光信号包含初始相位和相位噪声，初始相位是常数，常数相位对信号星座图的影响是整体的旋转，并不影响相位星座图的相对关系，作为一个具体的示例，初始相位为

的码元序列，在某种作用下产生了

的相位延迟，则延迟后四个码元的相位为

当

确定后，四个码元的原始相位与发生相位延迟后的相位之间关系在星座图上整体发生旋转，但是四个码元的相位星座图的相对位置并没有改变，因此将第一可调谐激光器输出光的初始相位设置为0，下文中第二可调谐激光器输出光的相位做同样的设置。第一可调谐激光器输出光对应输入信号光的第n个码元周期时间内的复振幅可以表示为：

(6)式中，下标“L₁”表示第一可调谐激光器，“C”表示对应附图4节点处，下标

和

分别是第一可调谐激光器输出激光的振幅、角频率和相位噪声。

与第一可调激光器类似，第二可调激光器输出激光的复振幅可以表示为：

(7)式中，下标“L₂”表示第二可调谐激光器，“G”表示对应附图4节点处，下标

和

分别是第二可调谐激光器输出激光的振幅、角频率和相位噪声。

步骤一：第一可调谐激光器输出的是功率恒定的激光，所以强度为常数，如附图6的(C)所示。第一可调谐激光器输出光的相位如附图7的(C)所示。为了使分析更加直观，相位噪声没有在附图7的(C)中画出来，但是保留数学分析。

第一可调谐激光器输出光信号与相位控制信号一起输入到相位调制，相位调制器对输入光信号的相位进行调制，所以相位调制器输出信号的强度不变，如附图6的(D)所示；相位控制信号的第一、第二个码元周期为“1”，而第三、四个码元周期为“0”，所以相位调制器输出光信号在第一、二个码元周期被调制上π(180°)相位，第三、四个码元周期相位仍为0，如附图7的(D)所示。相位调制器输出光的相位携带了相位控制信号的调制信息，相位调制器输出光信号的复振幅可以表示：

(8)式中,下标“D”表示对应附图4中节点D的位置，F_phase(nT)表示相位控制信号的函数，可以使用下式表示。

相位调制器的输出光信号与振幅控制信号输入到强度调制器，强度调制器对输入光信号的强度进行调制，输出强度时域波形如附图6(E)所示。强度调制器不对输入光信号的相位进行调制，因此强度调制器输出光的相位如附图7(E)所示。此时，强度调制器输出光的振幅携带振幅调制信号的调制信息，强度调制器输出光信号的复振幅可以表示为：

(10)式中，小标“E”表示对应附图4的节点E，F_intensity(nT)是幅度控制信号的函数，可以使用下式表示。

步骤二：输入信号是4QAM调制格式信号，因此振幅恒定，第一～四周期的相位分别设置为

和

输入信号的强度和相位时域信号如附图6的(F)、附图7的(F)所示。输入信号与强度调制器输出的光信号通过第一光耦合器耦合在一起。第一光耦合器的输出光与第二可调谐激光器的输出光通过第二光耦合器耦合在一起，第二光耦合器的输出光输入到周期极化铌酸锂。其中，第二可调谐激光器输出功率恒定的激光，其强度时域波形如附图6的(G)所示。第二可调谐激光器的初始相位为0，所以第二可调谐激光器的相位时域波形如附图7的(G)所示。

步骤三：输入信号光、第一可调激光器和第二可调激光器发出的光将在周期极化铌酸锂中发生级联和频差频效应产生闲频光，根据光学相位扫描器示例1的分析，闲频光的复振幅可以表示为E_IH(nT)：

将(5)、(7)和(10)式代入(12)式子，可以得到下面的式子：

(13)式中三项与相位有关，第一个指数项的指数

项可以看出，

是输入信号光与第一可调谐激光器发出的光发生和频率效应产生和频光，

表示产生的和频光与第二可调谐激光器发出的光发生差频率效应产生闲频光，将闲频光的角频率表述为ω_I，则有下面的式子：

从(14)式中可以看出物理发生过程一致的。(10)式中第二个指数项的指数是相位控制信号调制后产生的附加相位。第三个是指数项的相位是输入信号光、第一可调谐激光器输出激光和第二个可调谐激光器输出激光的相位噪声，相位噪声在相干光通信系统的接收端可以通过数字信号处理(DSP)进行相位噪声补偿，目前DSP相位噪声补偿已相当成熟，也不是本发明的分析重点，因此这里不深入展开，令

表示在接收端得到补偿。综合上述分析，(13)式可以写成：

从(15)式中可以看出，输出闲频光的幅度受到振幅控制信号的调制、相位受到相位控制信号的调制。当F_intensity(nT)为0时，即振幅控制信号码元为“0”时，E_IH(nT)输出信号的振幅为0；当F_intensity(nT)为1时，

在周期时间窗口内都为恒定，此时输出E_IH(nT)与输入信号A_SF(nT)一致。当F_intensity(nT)为0时相当于打开时间隐身开关，无论A_SF(nT)是否有信号输入，E_IH(nT)输出均为0；当F_intensity(nT)为1时相当于关闭时间隐身开关，此时如果有信号(A_SF(nT)不为0)则信号正常输出。

当F_intensity(nT)为1时，即时间隐身开关关闭的情况下，E_IH(nT)的相位包含输入信号调制相位

还包含相位调制器控制的附加相位F_phase(nT)。当F_phase(nT)为0时，E_IH(nT)的相位与输入信号的相位相同；当F_phase(nT)为1时，E_IH(nT)的相位是输入信号的相位加上π。

综合上述分析，由于振幅控制信号码元序列“0101”，所以输出闲频光的第二、四周期内的光信号复振幅为0，如附图6的(H)所示。相位控制信号的码元序列为“0011”，输出闲频光的第一、二个码元周期内的相位要在输入信号相位的基础上加上π(180)调制相位，第一、二个码元周期的相位分别

和

经过相位调制后变为

和

利用周期为2π将调制后转换到[π，-π]之间，第一、二个码元周期对应的相位为

和

因此，闲频光的相位如附图7的(H)所示。

更加清晰说明本发明装置对信息隐身和加密的过程，采用星座图的方式进一步对实施例进行说明。当输入信号的星座图以及对应编码关系如附图8(A)所示。如第一周期传输比特为“01”，输入信号的比特序列为“11100001”，当相位控制信号的高电平对应的调制相位为π时，对应的星座图如附图8(B)所示，由于第二和第四周期被时域隐身，因此在星座上只有第一、二周期的信号。第一、第二周期信号经过相位调制其携带的比特已经被加密：第一周期由“01”变为“10”、第二周期由“00”变为“11”，此时两个比特编码中的两个比特都被加密。

前文已描述过相位控制信号的电平取值，相位控制信号可以采用多电平信号。设置相位控制信号的电平使得相位控制信号驱动相位调制器产生的调制相位为

则得到的星座图如附图8(C)所示，第二和第四周期同样被时域隐身，因此在星座上只有第一、二周期的信号。第一、第二周期信号经过相位调制被加密：第一周期由“01”变为“11”、第二周期由“00”变为“01”，此时两个比特编码只有一个比特都被加密。

所以本装置可以通过设置相位控制信号，实现对每个码元相位携带信号的编码比特位精细编辑和加密。

步骤四：由于在附图4的H点处，除了输出闲频光，还有信号光倍频光、第一可调谐激光器的光和第二可调谐激光器的光。所以使用可调谐滤波器将闲频光过滤出来。

实施例2

本发明的实施例2提出了一种用于光通信系统的光时域隐身及加密装置。装置包括幅度控制信号、相位控制信号和相幅编辑器；相幅编辑器中的光学相位扫描器采用高非线性光纤(HNLF)的非线性光学介质。其工作过程如附图3(C)所示。隐身及加密原理同实施例1。

需要说明的是，光学相位扫描器的作用为输出携带与输入信号光同相或共轭相位的光信号，不限于上述实施例所采用的周期极化铌酸锂或高非线性光纤(HNLF)的非线性光学介质。

创新点

(1)本发明基于光学扫描器设计一种光时域隐身及加密装置，该装置可以独立对光信号进行强度时域隐身和相位时域加密操作，即可以独立对光信号的强度、相位两个维度编辑，使得本装置可以极大提高光信号携带信息的安全性。

(2)本发明的装置有：时域隐身、相位加密和时域隐身与相位加密组合三种工作模式。本装置的时域隐身、时域隐身与相位加密组合两种工作模式可用在基于强度调制的低速率通信系统中；相位加密和时域隐身与相位加密组合两种工作模式可以用在基于相干调制的大容量、高速率相干光通信系统中。因此，本装置可以满足各种通信速率下的光通信系统安全通信的需求；

最后所应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制。尽管参照实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，都不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (9)

1.一种用于光通信系统的光时域隐身及加密装置，其特征在于，所述装置包括幅度控制信号、相位控制信号和相幅编辑器；其中，

所述相幅编辑器，用于在幅度控制信号作用下对输入的光信号实现脉冲强度时域隐身，用于在相位控制信号作用下对输入的相干调制光信号实现相位加密，还用于在幅度控制信号和相位控制信号共同作用下，对输入的相干调制光信号同时实现光时域强度和相位两个维度的编辑加密。

2.根据权利要求1所述的用于光通信系统的光时域隐身及加密装置，其特征在于，所述幅度控制信号和相位控制信号均为电信号并且均与输入的光信号时钟同步。

3.根据权利要求1或2所述的用于光通信系统的光时域隐身及加密装置，其特征在于，所述相幅编辑器包括依次串联的可调谐激光器、相位调制器、强度调制器、光耦合器、光学相位扫描器和可调滤波器；其中，

所述可调谐激光器，用于生成激光信号并输入相位调制器；

所述相位调制器，用于在相位控制信号的驱动下，对输入光信号进行相位调制；

所述强度调制器，用于在幅度控制信号的驱动下，对输入光信号进行强度调制；

所述光耦合器，用于将输入光信号与经过相位调制器及强度调制器调制后的光信号合成一路光信号并输入光学相位扫描器；

所述光学相位扫描器，用于输出携带与输入信号光同相或共轭相位的光信号；

所述可调滤波器，用于将特定波长的光信号过滤出来。

4.根据权利要求3所述的用于光通信系统的光时域隐身及加密装置，其特征在于，所述可调谐激光器为波长可调节并且输出功率恒定的激光器。

5.根据权利要求3所述的用于光通信系统的光时域隐身及加密装置，其特征在于，所述光学相位扫描器为周期极化铌酸锂或非线性光学介质。

6.根据权利要求3所述的用于光通信系统的光时域隐身及加密装置，其特征在于，所述在幅度控制信号作用下对输入的光信号实现脉冲强度时域隐身；具体包括：

当幅度控制信号F_intensity(nT)为“0”时，输出信号的振幅为0，从而对输入的光信号实现脉冲强度时域隐身；当幅度控制信号F_intensity(nT)为非“0”时，输出信号的振幅受幅度控制信号调控而改变，其中，T表示周期信号，n表示码元序号序列，为正整数。

7.根据权利要求3所述的用于光通信系统的光时域隐身及加密装置，其特征在于，所述在相位控制信号作用下对输入的相干调制光信号实现相位加密；具体包括：

当幅度控制信号F_intensity(nT)为“1”并且相位控制信号F_phase(nT)为非“0”时，输出信号的振幅与输入信号的振幅保持一致，输出信号的相位包含输入信号调制相位

和受相位控制信号F_phase(nT)调制产生的附加相位，从而实现相位加密，其中，T表示周期信号，n表示码元序号序列，为正整数。

8.根据权利要求3所述的用于光通信系统的光时域隐身及加密装置，其特征在于，所述在幅度控制信号和相位控制信号共同作用下，对输入的相干调制光信号同时实现光时域强度和相位两个维度的编辑加密；具体包括：

当幅度控制信号F_intensity(nT)为非“0”且非“1”并且相位控制信号F_phase(nT)为非“0”时，输出信号的振幅受幅度控制信号调控而改变，并且输出信号的相位包含输入信号调制相位

和受相位控制信号F_phase(nT)调制产生的附加相位，从而同时实现光时域强度和相位两个维度的编辑加密，其中，T表示周期信号，n表示码元序号序列，为正整数。

9.根据权利要求3所述的用于光通信系统的光时域隐身及加密装置，其特征在于，所述可调滤波器是中心波长可调的光学滤波器。

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