CN114826784B - 一种基于变化电场的晶格信号传输加密系统装置 - Google Patents

一种基于变化电场的晶格信号传输加密系统装置 Download PDF

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Abstract

本发明涉及信号传输技术领域，具体是一种基于变化电场的晶格信号传输加密系统装置，包括可调节电场晶体筛选加密箱，所述可调节电场晶体筛选加密箱的内侧安装有可调节固体激光器、传输模块、调节器和载波汇聚器，所述可调节固体激光器发射的载波依次经过信号传输加密装置、道威棱镜、透镜、分束镜、光学谐振腔和反射镜面后由载波汇聚器接收，本发明加密过程简单，不需要人为操作，只需要选择相应的晶体即可，在使用过程中，将高度集成化的基于变化电场的晶格信号传输加密系统装置放置在光纤传输端，然后安置相应的晶体，即可筛选出一个特殊波段用于信息传播，此方法简单高效，可以大大提升信号传输的安全性。

Description

一种基于变化电场的晶格信号传输加密系统装置
技术领域
本发明涉及信号传输技术领域，具体是一种基于变化电场的晶格信号传输加密系统装置。
背景技术
信号传输系统的职责是将语音、数据以及图像等信息实现远程传输。信号传输系统主要包括三个部分：载波调制区，传播区以及信号解调区。在载波调制区，将所需要传输的信息转变成电信号，经过调制，将包含信息的电信号附加至特定的传输媒介，如：激光等，这些有利于传输的电磁波。在传播区，通过设立各种辅助装置，如：放大器等，以确保电磁波的顺利传输。在信号解调区，设立信号接收器，将电磁波经解调还原为电信号，即可获得原信号。即信号传输系统包括调制—传输—解调全过程。
目前的信号传输系统往往都是采用光纤通信，为了增加光纤传播的安全性，往往会将光纤埋入地下，并且在载波调制区会筛选波段以确保信号的安全传输。为了进一步提高信号传输的安全性，我们提出了一种基于变化电场的晶格信号传输加密系统装置。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于变化电场的晶格信号传输加密系统装置，以解决上述背景技术中提出的问题。
本发明的技术方案是：一种基于变化电场的晶格信号传输加密系统装置，包括可调节电场晶体筛选加密箱，所述可调节电场晶体筛选加密箱的内侧安装有可调节固体激光器、传输模块、调节器和载波汇聚器，且载波汇聚器用于捕获载波，并将载波与光纤耦合，所述传输模块沿可调节固体激光器发射的载波传输方向依次包括信号传输加密装置和光学组件，所述信号传输加密装置和光学组件均与调节器电性连接，所述可调节固体激光器发射的载波依次经过信号传输加密装置和光学组件后由载波汇聚器接收，所述信号传输加密装置包括三维晶格晶体和分别设置于三维晶格晶体相对两侧的外加电场板，所述三维晶格晶体和外加电场板均与可调节电场晶体筛选加密箱的内壁相连接，所述外加电场板用于给三维晶格晶体外加电场，三维晶格晶体在外加电场下，其键长与键角发生改变，相应的其格波特性也发生变化，完成对于光波频率的筛选，实现信号加密处理，且外加电场板的电场强度由调节器调节。
优选的，所述光学组件沿可调节固体激光器发射的载波传输方向依次道威棱镜、透镜、分束镜、光学谐振腔和反射镜面，所述道威棱镜、透镜和分束镜均与调节器电性连接。
优选的，所述可调节电场晶体筛选加密箱的内侧还安装有啁啾脉冲激光放大模块和微型载波解调器，所述可调节固体激光器发射的经过信号传输加密装置、道威棱镜、透镜、分束镜后经啁啾脉冲激光放大模块放大，所述微型载波解调器检查经啁啾脉冲激光放大模块放大后的光信号的载波信号是否丢失，且经啁啾脉冲激光放大模块放大后的光信号由微型载波解调器接收。
优选的，所述可调节电场晶体筛选加密箱的内侧安装有可充电电池，所述可调节固体激光器、外加电场板和调节器均与可充电电池电性连接，所述可充电电池上连接有USB2.0兼容的IO接口。
优选的，所述可调节固体激光器的侧端连接有显示屏一、调节旋钮一和固体激光器开关，所述调节器的侧端连接有显示屏二和多个调节旋钮二，所述载波汇聚器上连接有光纤接口。
优选的，所述微型载波解调器的侧端连接有USB接口和显示屏三。
优选的，所述可调节电场晶体筛选加密箱的侧端连接有玻璃门，所述玻璃门上连接有玻璃制门把手。
优选的，所述光学谐振腔包括两个光学反射镜面，靠近所述分束镜一侧的镜面为半反半透镜。
优选的，所述半反半透镜采用镀膜处理后的半反半透镜。
优选的，所述半反半透镜的镀膜方法包括以下步骤：首先将透明玻璃基板放置在真空镀膜机中；接着根据实际需要设定薄膜厚度参数；最后通过真空镀膜形成18层涂层；经镀膜后，在380-780nm的可见光带内，半反半透镜的透射率在45%到70%之间，半反半透镜的透射率从380-780nm稳定增加。
本发明通过改进在此提供一种基于变化电场的晶格信号传输加密系统装置，与现有技术相比，具有如下改进及优点：
本发明加密过程简单，不需要人为操作，只需要选择相应的晶体即可，在使用过程中，将高度集成化的基于变化电场的晶格信号传输加密系统装置放置在光纤传输端，然后安置相应的晶体，即可筛选出一个特殊波段用于信息传播，此方法简单高效，可以大大提升信号传输的安全性。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明作进一步解释：
图1是本发明的结构示意图；
图2和图3均为对各类晶体分子外加电场状态下的示意图；
图4为各类晶体分子在外加电场情况下的键长变化示意图；
图5为各类晶体分子在外加电场情况下的势能面变化示意图。
附图标记说明：
1、可调节固体激光器；2、显示屏一；3、调节旋钮一；4、固体激光器开关；5、USB 2.0兼容的IO接口；6、可充电电池；7、电池开关；8、调节器；9、显示屏二；10、调节旋钮二；11、载波汇聚器；12、光纤接口；13、光学谐振腔；14、反射镜面；15、USB接口；16、微型载波解调器；17、显示屏三；18、玻璃制门把手；19、分束镜；20、玻璃门；21、啁啾脉冲激光放大模块；22、透镜；23、道威棱镜；24、三维晶格晶体；25、外加电场板。
具体实施方式
下面对本发明进行详细说明，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明通过改进在此提供一种基于变化电场的晶格信号传输加密系统装置，本发明的技术方案是：
如图1所示，一种基于变化电场的晶格信号传输加密系统装置包括可调节电场晶体筛选加密箱，可调节电场晶体筛选加密箱的内侧安装有可调节固体激光器1、传输模块、调节器8和载波汇聚器11，可调节固体激光器1用于发射载波，传输模块用于传输载波，载波汇聚器11主要用于捕获载波，将其与光纤耦合，传输模块沿可调节固体激光器1发射的载波传输方向依次包括信号传输加密装置、道威棱镜23、透镜22、分束镜19、光学谐振腔13和反射镜面14，信号传输加密装置用于将传输的信号进行加密处理，道威棱镜23用于对光线的相位进行调制，透镜22用于汇聚光线，信号传输加密装置、道威棱镜23、透镜22和分束镜19均与调节器8电性连接，可调节固体激光器1发射的载波依次经过信号传输加密装置、道威棱镜23、透镜22、分束镜19、光学谐振腔13和反射镜面14后由载波汇聚器11捕获，并将捕获的载波与光纤耦合。
其中，可调节电场晶体筛选加密箱的内侧还安装有啁啾脉冲激光放大模块21和微型载波解调器16，可调节固体激光器1发射的经过信号传输加密装置、道威棱镜23、透镜22和分束镜19后经啁啾脉冲激光放大模块21放大，且经啁啾脉冲激光放大模块21放大后的光信号由微型载波解调器16接收，啁啾脉冲激光放大模块21用于放大输出光信号强度，微型载波解调器16用于检查经啁啾脉冲激光放大模块21放大后的光信号的载波信号是否丢失。
据研究，在外加电场下，各类晶体的键长与键角会发生改变，如图2和图3所示，相应的其格波特性也会发生变化，即可实现对于光波频率的筛选，另外，据观察三氯甲烷分子，丙烯醛分子等在外加电场下的系统，发现分子键长，键角，势能面等等均会随着外电场的变化而变化，如图4和图5所示。
众所周知，如公式（1）所示，一维单原子晶格振动的耦合方程：
Figure 895827DEST_PATH_IMAGE001
（1）
公式（1）中β为力常数，其主要由键能、键长、键角等决定，M为单原子的质量，
Figure 604020DEST_PATH_IMAGE002
为格波，其具体表达式如公式（2）所示：
Figure 885965DEST_PATH_IMAGE003
（2）
其中q为波矢，其具体关系如公式（3）所示：
Figure 804243DEST_PATH_IMAGE004
（3）
将以上所有公式联立方程组，并对其分析即可得到公式（4）：
Figure 846148DEST_PATH_IMAGE005
（4）
其中，a为晶格参数，即为原子之间的距离。
由于现实世界中不存在无限长的晶体，即晶体必有界限，所以根据玻恩-冯卡门边界条件，可以对于波矢q进行约束，从而得到所限定的波长
Figure 267902DEST_PATH_IMAGE006
范围。即，对于一维单原子晶格，可实现低通滤波，只让满足
Figure 720749DEST_PATH_IMAGE007
的波通过。
同理，对于一维双原子晶格，其也可以作为滤波器，不过由于原子个数变为两个，所以其之间作用力也变得更加复杂，这里直接给出结果。一维双原子晶格可以实现带通滤波器，即满足
Figure 1689DEST_PATH_IMAGE008
与
Figure 706340DEST_PATH_IMAGE009
的波无法通过。其中M为两个原子中质量大的原子的质量，m为质量小的原子的质量，
Figure 638393DEST_PATH_IMAGE010
为约化质量。
上述两种均为一维情况下，对于三维的晶格：晶体中具有N个元胞，每个元胞内包含n个原子，则其耦合方程，如公式（5）所示：
Figure 137507DEST_PATH_IMAGE011
（5）
其中
Figure 640164DEST_PATH_IMAGE012
为代表元胞位置的正格矢，p代表偏振态，将格波解公式（2）带入，结合玻恩-冯卡门边界条件即可得到相应结果，最终波矢q的表达式为公式（6）矩阵的求解：
Figure 273139DEST_PATH_IMAGE013
（6）
根据以上推论，可根据实际使用的晶体计算出相应的滤波范围。
因此，所述信号传输加密装置包括三维晶格晶体24和分别设置于三维晶格晶体24相对两侧的外加电场板25，三维晶格晶体24和外加电场板25均与可调节电场晶体筛选加密箱的内壁相连接，外加电场板25用于给晶体外加电场，调节器8主要用于外加电场板25的电场强度调节以及相关仪器位置调节。
其中，可调节电场晶体筛选加密箱的内侧安装有可充电电池6，可充电电池6用于对整个系统进行供电，例如可调节固体激光器1、外加电场板25和调节器8均与可充电电池6电性连接，可充电电池6上连接有USB 2.0兼容的IO接口5，用于充电。
其中，可调节固体激光器1的侧端连接有显示屏一2、调节旋钮一3和固体激光器开关4，调节器8的侧端连接有显示屏二9和多个调节旋钮二10，载波汇聚器11上连接有光纤接口12，显示屏一2用于可视化可调节固体激光器1的显示操作过程，调节旋钮一3用于调节固体激光器1的相关参数，显示屏二9用于可视化调制调节器8，显示操作的过程，调节旋钮二10设置有四个，分别用于调节外加电场强度、道威棱镜23位置、透镜22位置以及分束镜19的位置。
其中，微型载波解调器16的侧端连接有USB接口15和显示屏三17，USB接口15可外接电脑，电脑必须一个与USB 2.0兼容的IO接口，主频不小于4GHz，显示屏三17用于可视化微型载波解调器16的相关参数。
其中，可调节电场晶体筛选加密箱的侧端连接有玻璃门20，玻璃门20上连接有玻璃制门把手18。
其中，光学谐振腔13包括两个光学反射镜面，靠近分束镜19一侧的镜面为半反半透镜，其中半反半透镜进行镀膜处理，具体操作方式为：将透明玻璃基板放置在真空镀膜机中，根据实际需要设定薄膜厚度参数，最后通过真空镀膜形成18层涂层；其中，镀上的膜层可根据实际需要采用适当的镀膜材料，例如铝反射膜，经镀膜后，在380-780nm的可见光带内，半反半透镜的透射率在45%到70%之间，半反半透镜的透射率从380-780nm稳定增加。
工作原理：可调节固体激光器1发射的载波首先经过信号传输加密装置，实现信号加密处理，利用外加电场板25给晶体外加电场，并利用调节器8调节外加电场板25的电场强度；经过加密处理后的载波依次经过道威棱镜23、透镜22、分束镜19、光学谐振腔13和反射镜面14，其中，利用道威棱镜23对光线的相位进行调制，利用透镜22汇聚光线，载波经过道威棱镜23、透镜22和分束镜19后经啁啾脉冲激光放大模块21放大，利用微型载波解调器16检查经啁啾脉冲激光放大模块21放大后的光信号的载波信号是否丢失，与此同时，经过信号传输加密装置、道威棱镜23、透镜22、分束镜19、光学谐振腔13和反射镜面14后的载波由载波汇聚器11捕获，并将捕获的载波与光纤耦合。
本发明加密过程简单，不需要人为操作，只需要选择相应的晶体即可，在使用过程中，将高度集成化的基于变化电场的晶格信号传输加密系统装置放置在光纤传输端，然后安置相应的晶体，即可筛选出一个特殊波段用于信息传播，此方法简单高效，可以大大提升信号传输的安全性。
上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种基于变化电场的晶格信号传输加密系统装置，其特征在于：包括可调节电场晶体筛选加密箱，所述可调节电场晶体筛选加密箱的内侧安装有可调节固体激光器（1）、传输模块、调节器（8）和载波汇聚器（11），且载波汇聚器（11）用于捕获载波，并将载波与光纤耦合，所述传输模块沿可调节固体激光器（1）发射的载波传输方向依次包括信号传输加密装置和光学组件，所述信号传输加密装置和光学组件均与调节器（8）电性连接，所述可调节固体激光器（1）发射的载波依次经过信号传输加密装置和光学组件后由载波汇聚器（11）接收，所述信号传输加密装置包括三维晶格晶体（24）和分别设置于三维晶格晶体（24）相对两侧的外加电场板（25），所述三维晶格晶体（24）和外加电场板（25）均与可调节电场晶体筛选加密箱的内壁相连接，所述外加电场板（25）用于给三维晶格晶体（24）外加电场，三维晶格晶体（24）在外加电场下，其键长与键角发生改变，相应的其格波特性也发生变化，完成对于光波频率的筛选，实现信号加密处理，且外加电场板（25）的电场强度由调节器（8）调节。
2.根据权利要求1所述的一种基于变化电场的晶格信号传输加密系统装置，其特征在于：所述光学组件沿可调节固体激光器（1）发射的载波传输方向依次道威棱镜（23）、透镜（22）、分束镜（19）、光学谐振腔（13）和反射镜面（14），所述道威棱镜（23）、透镜（22）和分束镜（19）均与调节器（8）电性连接。
3.根据权利要求2所述的一种基于变化电场的晶格信号传输加密系统装置，其特征在于：所述可调节电场晶体筛选加密箱的内侧还安装有啁啾脉冲激光放大模块（21）和微型载波解调器（16），所述可调节固体激光器（1）发射的经过信号传输加密装置、道威棱镜（23）、透镜（22）、分束镜（19）后经啁啾脉冲激光放大模块（21）放大，所述微型载波解调器（16）检查经啁啾脉冲激光放大模块（21）放大后的光信号的载波信号是否丢失，且经啁啾脉冲激光放大模块（21）放大后的光信号由微型载波解调器（16）接收。
4.根据权利要求3所述的一种基于变化电场的晶格信号传输加密系统装置，其特征在于：所述可调节电场晶体筛选加密箱的内侧安装有可充电电池（6），所述可调节固体激光器（1）、外加电场板（25）和调节器（8）均与可充电电池（6）电性连接，所述可充电电池（6）上连接有USB 2.0兼容的IO接口（5）。
5.根据权利要求1所述的一种基于变化电场的晶格信号传输加密系统装置，其特征在于：所述可调节固体激光器（1）的侧端连接有显示屏一（2）、调节旋钮一（3）和固体激光器开关（4），所述调节器（8）的侧端连接有显示屏二（9）和多个调节旋钮二（10），所述载波汇聚器（11）上连接有光纤接口（12）。
6.根据权利要求3所述的一种基于变化电场的晶格信号传输加密系统装置，其特征在于：所述微型载波解调器（16）的侧端连接有USB接口（15）和显示屏三（17）。
7.根据权利要求1所述的一种基于变化电场的晶格信号传输加密系统装置，其特征在于：所述可调节电场晶体筛选加密箱的侧端连接有玻璃门（20），所述玻璃门（20）上连接有玻璃制门把手（18）。
8.根据权利要求2所述的一种基于变化电场的晶格信号传输加密系统装置，其特征在于：所述光学谐振腔（13）包括两个光学反射镜面，靠近所述分束镜（19）一侧的镜面为半反半透镜。
9.根据权利要求8所述的一种基于变化电场的晶格信号传输加密系统装置，其特征在于：所述半反半透镜采用镀膜处理后的半反半透镜。
10.根据权利要求9所述的一种基于变化电场的晶格信号传输加密系统装置，其特征在于：所述半反半透镜的镀膜方法包括以下步骤：首先将透明玻璃基板放置在真空镀膜机中；接着根据实际需要设定薄膜厚度参数；最后通过真空镀膜形成18层涂层；经镀膜后，在380-780nm的可见光带内，半反半透镜的透射率在45%到70%之间，半反半透镜的透射率从380-780nm稳定增加。
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