CN210137331U - 一种保密传输系统及芯片 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种保密传输系统及芯片，加密时，太赫兹波发射源向太赫兹芯片上发射太赫兹波，太赫兹波经附太赫兹芯片进行低频滤波后传输至太赫兹波接收器，实现信息加密；在解密时，太赫兹波发射源向太赫兹芯片发射太赫兹波，激光发射源向太赫兹芯片发射激光，太赫兹波与激光经太赫兹芯片进行高频滤波后传输至太赫兹波接收器，实现信息解密。太赫兹芯片包括衬底以及衬底顶面的二维阵列；二维阵列由周期排列的单元结构组成。单元结构包括金属结构主体、金属结构上形成有凹槽，在凹槽中还设有关于金属结构中心线对称的金属块和半导体材料块。本实用新型利用了太赫兹芯片对太赫兹波进行带通滤波，实现了便捷的保密传输。

Description

一种保密传输系统及芯片

技术领域

本实用新型涉及信息传输领域，尤指一种保密传输系统及芯片。

背景技术

现今随着信息社会的不断发展，越来越多的信息需要传输，然而在传输的过程中往往会被攻击，导致用户的信息遭到泄露，酿成不可挽回的损失。所以，人们越来越关注信息网络的安全保密问题。目前，信息安全技术大多采用的是基于数学理论的密码学，然而这类方法有一定的局限性，经常会遭受到一些攻击。还有一类新出现的加密方法，即光学信息加密，是基于光学理论上的密码学，具有低成本，高速度和高安全性等特点，极大提高了信息传输的高效性和保密性。现有的光学信息加密方法通常采用双随机相位编码系统，但元器件众多，光路复杂。

发明内容

本实用新型的目的是提供一种保密传输系统及芯片，降低了保密传输系统的复杂程度，实现了更加便捷的保密传输过程。

本实用新型提供的技术方案如下：

本实用新型提供了一种保密传输系统，包括：加密单元和解密单元；所述加密单元包括太赫兹波发射源、太赫兹芯片、信息板、太赫兹波接收器；所述信息板附着于所述太赫兹芯片上；在加密时，所述太赫兹波发射源向附着有所述信息板的所述太赫兹芯片发射太赫兹波，所述太赫兹波经附有所述信息板的所述太赫兹芯片进行低频滤波后传输至所述太赫兹波接收器，实现信息加密；所述解密单元包括所述太赫兹波发射源、所述太赫兹芯片、所述信息板、所述太赫兹波接收器以及激光发射源；在解密时，所述太赫兹波发射源向附着有所述信息板的所述太赫兹芯片发射太赫兹波，所述激光发射源向附着有所述信息板的所述太赫兹芯片上发射激光，所述太赫兹波与所述激光经附有所述信息板的所述太赫兹芯片进行高频滤波后传输至所述太赫兹波接收器，实现信息解密。

在一个实施例中，所述太赫兹芯片包括衬底和衬底顶面的二维阵列；所述的二维阵列由周期排列的N×M个正方形单元结构组成，N、M为的正整数。

在一个实施例中，所述单元结构包括：正方形的金属结构主体、在所述金属结构上形成有正方形环状凹槽，所述凹槽关于所述金属结构中心线对称；在所述凹槽中还设有关于所述金属结构中心线对称的金属块和半导体材料块，所述金属结构、所述金属块、所述半导体材料块的上表面等高。

在一个实施例中，所述金属结构主体的边长为17～425um，所述凹槽的外边长为16～400um，内边长为15～360um，所述金属块的宽为1～20um，长为2～50um，厚度为0.1um～5um，所述半导体材料块的宽为1～20um，长为4～100um，厚度为0.1um～5um。

在一个实施例中，所述衬底为蓝宝石衬底。

本实用新型还提供了一种保密传输的芯片，所述芯片用于利用太赫兹波进行保密传输；所述芯片包括衬底以及衬底顶面的二维阵列；所述的二维阵列由周期排列的N×M个正方形单元结构组成，N、M为的正整数；所述单元结构包括：正方形的金属结构主体、在所述金属结构上形成有正方形环状凹槽，所述凹槽关于所述金属结构中心线对称；在所述凹槽中还设有关于所述金属结构中心线对称的金属块和半导体料块，所述金属结构、所述金属块、所述半导体料块的上表面等高。

在一个实施例中，所述金属结构主体的边长为17～425um，所述凹槽的外边长为16～400um，内边长为15～360um，所述金属块的宽为1～20um，长为2～50um，厚度为0.1um～5um，所述半导体材料块的宽为1～20um，长为4～100um，厚度为0.1um～5um。

在一个实施例中，所述衬底为蓝宝石衬底。

通过本实用新型提供的一种保密传输系统及芯片，能够带来以下至少一种有益效果：

本申请提供了一种新型的加密手段，其系统的复杂程度低，可实现更为简单的加密传输。

太赫兹芯片的二维阵列中的超材料与太赫兹波的共振响应物理机制简单清晰，利用其共振响应频率与超材料结构尺寸之间的关系，易于设计工作在特定频率下的太赫兹芯片。本申请所选的结构不是太复杂，可实行度高，材料的选择实惠，易于制备，可大量生产。另外，本申请通过太赫兹芯片对太赫兹波进行滤波，还提高了系统的稳定性，能够满足特定的加密需求，促进了太赫兹保密通信的实用化。

附图说明

下面将以明确易懂的方式，结合附图说明优选实施方式，对一种保密传输系统及芯片的上述特性、技术特征、优点及其实现方式予以进一步说明。

图1是本实用新型一个实施例中的保密传输系统的光路示意图；

图2是本实用新型一个实施例中单元结构二维示意图；

图3是本实用新型一个实施例中单元结构三维示意图；

图4是本实用新型一个实施例中的透射率频域谱线图；

图5是本实用新型一个实施例中单元结构的俯视图；

图6是本实用新型一个实施例中单元结构的周期排布图。

附图标号说明：

11-太赫兹波发射源、12-太赫兹芯片、13-太赫兹波接收器、14-激光发射源、15-信息板、1-金属结构，2-半导体材料块，3-金属块，4-凹槽，5-衬底。

具体实施方式

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对照附图说明本实用新型的具体实施方式。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图，并获得其他的实施方式。

为使图面简洁，各图中只示意性地表示出了与本实用新型相关的部分，它们并不代表其作为产品的实际结构。另外，以使图面简洁便于理解，在有些图中具有相同结构或功能的部件，仅示意性地绘示了其中的一个，或仅标出了其中的一个。在本文中，“一个”不仅表示“仅此一个”，也可以表示“多于一个”的情形。

本实用新型提供了一种保密传输系统的一个实施例，如图1所示，包括：加密单元和解密单元；

所述加密单元包括太赫兹波发射源11、太赫兹芯片12、信息板15、太赫兹波接收器13；所述信息板15附着于所述太赫兹芯片12上；

在加密时，所述太赫兹波发射源11向附着有所述信息板15的所述太赫兹芯片12发射太赫兹波，所述太赫兹波经附有所述信息板15的所述太赫兹芯片12进行低频滤波后传输至所述太赫兹波接收器13，实现信息加密；

所述解密单元包括所述太赫兹波发射源11、所述太赫兹芯片12、所述信息板15、所述太赫兹波接收器13以及激光发射源14；

在解密时，所述太赫兹波发射源11向附着有所述信息板15的所述太赫兹芯片12发射太赫兹波，所述激光发射源14向附着有所述信息板15的所述太赫兹芯片12上发射激光，所述太赫兹波与所述激光经附有所述信息板15的所述太赫兹芯片12进行高频滤波后传输至所述太赫兹波接收器13，实现信息解密。

具体的，在加密过程时，当只有太赫兹波束打到太赫兹芯片12上时，太赫兹芯片12会形成一个低频段的双带通滤波器，透过的太赫兹波频率低，波长较长，根据瑞利判据，透射的图像分辨率低，因此图像信息模糊，实现加密；在解密过程时，当太赫兹波束和激光光束同时打到太赫兹芯片12上时，太赫兹芯片12上的硅区会产生光生载流子，从而超材料的谐振频率向高频移动，形成了一个高频段的单带通滤波器，透过的太赫兹波频率高，波长较短，又根据瑞利判据，此时透射的图像分辨率高，因此图像信息清晰，实现解密。通过本申请提供的一种保密传输系统，能够降低系统的复杂化程度，使信息的加密传输更加简单化。

本实用新型提供了一种保密传输系统的另一个实施例，系统包括：加密单元和解密单元；

所述加密单元包括太赫兹波发射源11、太赫兹芯片12、信息板15、太赫兹波接收器13；所述信息板15附着于所述太赫兹芯片12上；

所述解密单元包括所述太赫兹波发射源11、所述太赫兹芯片12、所述信息板15、所述太赫兹波接收器13以及激光发射源14；

优选的，如图2所示，所述太赫兹芯片12包括衬底和衬底顶面的二维阵列；可选的，所述衬底为蓝宝石衬底。所述的二维阵列由周期排列的N×M个正方形单元结构组成，N、M为的正整数。优选的，N大于或等于70，M大于或等于50，在本实施例中取N＝70，M＝50，

所述单元结构包括：正方形的金属结构主体，所述金属结构可以是金属铝、银、金等为主体的金属结构，抑或是其他能够实现相同功能的金属结构，在所述金属结构上形成有正方形环状凹槽，所述凹槽关于所述金属结构中心线对称；在所述凹槽中还设有关于所述金属结构中心线对称的金属块和半导体材料块，所述金属结构、金属块可以由铝、银或金，抑或是其他能够实现相同功能的金属制成。所述半导体材料块可以是硅块，或锗块，抑或是其他半导体或变性材料。

所述金属结构、所述金属块、所述半导体材料块的上表面等高。如图2、3所示，本实施例中，以金属结构为铝结构，金属块为铝块，半导体材料块为硅块为例，如图2所示，1、5为金属结构，2为硅块，3为铝块，4为凹槽。本实施例中单元结构正方形的边长为17～425um，二维阵列为边长为1cm×1cm的正方形。所述金属结构主体的边长为17～425um，所述凹槽的外边长为16～400um，内边长为15～360um，所述铝块的宽为1～20um，长为2～50um，厚度为0.1um～5um，所述半导体材料块的宽为1～20um，长为4～100um，厚度为0.1um～5um。

上述对于长度可根据如图2所示的单元结构而设定，例如在一个实施例中，图2中金属结构是关于单元结构横向中心线对称，例如：边长a为85um，凹槽外边长b为80um，内边长c为72um，所述凹槽的深度为0.5um，硅块是关于单元结构竖直中心线对称的横向长方形长边d为20um，短边e为4um，厚度为0.5um的立体结构。铝块是关于单元结构竖直中心线平分对称的横向长方形的长边f为10um，短边e为4um，厚度为0.5um的立体结构。本例蓝宝石衬底厚度h为460～1000um，其顶面是边长为1cm×1cm的正方形，其中心与二维阵列的中心重合。本实施例中并不对长度作限定，只要符合上述范围内的长度都属于本申请的保护范围。

以二维阵列的横向平分线为Y轴方向，纵向平分线为X轴方向，与X、Y轴形成平面所垂直的方向为Z轴方向建立三维坐标系，所述太赫兹波发射源11发出的太赫兹波沿Y轴方向偏振并沿Z轴方向的光路传播，经过所述太赫兹芯片12透射，到达另一侧的太赫兹波接收器13。所述太赫兹波编码器的二维阵列所处的面朝向太赫兹波发射源11，太赫兹波的照射区域至少覆盖二维阵列上的1000个单元结构；二维阵列的横向平分线与Y轴平行，纵向平分线与X轴平行，二维阵列的纵向平分线和横向平分线相交于三维坐标原点。所述激光发射源14置于太赫兹波路之外，激光发射源14发出平行光，照射到所述太赫兹芯片12的二维阵列所处的面，激光光路与太赫兹波路的交角θ为0～45°。激光照射区域覆盖太赫兹波的照射区域。所述激光发射源14的激光功率大于等于30毫瓦。

设计好一种太赫兹保密芯片及保密传输系统后，用仿真软件对该系统进行仿真。通过修改硅的电导率模拟激光照射后引起的电导率变化，图4显示了电导率为0和300000S/m时透射率频域谱线图。

由图4可知，横坐标表示频率，纵坐标表示透射率，实线表示的是加密时的曲线，虚线表示的是解密时的曲线。当太赫兹波照射到芯片上时，硅块和铝块不导通，所以整个凹槽不导通，导致0.2THz左右和0.6THz左右的频率的透射率最高，高频段的透射率低，就形成了一个低频双带通滤波器，透过的太赫兹波段的频率低，波长较长，根据瑞利判据，图像分辨率低，因此图像信息模糊，故不能将附在芯片上的图像完整的传输到太赫兹波接收器13里，此时处于加密的状态；当有太赫兹波和激光光束同时照射到太赫兹芯片12上时，硅导通并产生光生载流子，此时电导率发生变化，其电磁特性也发生变化，从而太赫兹芯片12的谐振频率向高频移动，导致0.9THz左右的频率透射率最高，低频段的透射率低，形成了一个单高频带通滤波器，透过的太赫兹波段的频率高，波长较短，根据瑞利判据，图像分辨率高，因此图像信息清晰，故能将附在芯片上的图像完整的传输到太赫兹波接收器13里，此时处于解密的状态。

通过本实用新型中，太赫兹芯片12的二维阵列中的超材料与太赫兹波的共振响应物理机制简单清晰，利用其共振响应频率与超材料结构尺寸之间的关系，易于设计工作在特定频率下的太赫兹芯片12。太赫兹芯片12所选的结构复杂程度低，可实行度高，材料的选择实惠，易于制备，可大量生产。此外，本实用新型提供的系统不但降低了现有的保密系统的复杂度、提高了系统的稳定性，而且能够满足特定的加密需求，促进了太赫兹保密通信的实用化、商业化。

本实用新型还提供了一种保密传输方法的一个实施例，包括：加密过程和解密过程；

在加密时，太赫兹波发射源向附着有信息板的太赫兹芯片上发射太赫兹波，所述太赫兹波经附有所述信息板的所述太赫兹芯片进行低频滤波后传输至太赫兹波接收器，实现信息加密；

在解密时，所述太赫兹波发射源向附着有所述信息板的所述太赫兹芯片发射太赫兹波，所述激光发射源向附着有所述信息板的所述太赫兹芯片上发射激光，所述太赫兹波与所述激光经附有所述信息板的所述太赫兹芯片进行高频滤波后传输至所述太赫兹波接收器，实现信息解密。

具体的，在加密过程时，当只有太赫兹波束打到太赫兹芯片上时，太赫兹芯片会形成一个低频段的双带通滤波器，透过的太赫兹波频率低，波长较长，根据瑞利判据，透射的图像分辨率低，因此图像信息模糊，实现加密；在解密过程时，当太赫兹波束和激光光束同时打到太赫兹芯片上时，太赫兹芯片上的硅区会产生光生载流子，从而超材料的谐振频率向高频移动，形成了一个高频段的单带通滤波器，透过的太赫兹波频率高，波长较短，又根据瑞利判据，此时透射的图像分辨率高，因此图像信息清晰，实现解密。通过本申请提供的一种保密传输系统，能够降低系统的复杂化程度，使信息的加密传输更加简单化。

本实用新型还提供了一种保密传输芯片的一个实施例，所述芯片用于利用太赫兹波进行保密传输；所述芯片包括衬底以及衬底顶面的二维阵列；所述的二维阵列由周期排列的N×M个正方形单元结构组成，N、M为的正整数；所述单元结构包括：正方形的金属结构主体、在所述金属结构上形成有正方形环状凹槽，所述凹槽关于所述金属结构中心线对称；在所述凹槽中还设有关于所述金属结构中心线对称的金属块和半导体材料块。所述金属结构、所述金属块、所述半导体材料块的上表面等高。所述金属结构、金属块可以由铝、银或金，抑或是其他能够实现相同功能的金属制成。所述半导体材料块可以是硅块，或锗块，抑或是其他半导体或变性材料。

可选的，所述金属结构主体的边长为17～425um，所述凹槽的外边长为16～400um，内边长为15～360um，所述金属块的宽为1～20um，长为2～50um，厚度为0.1um～5um，所述半导体材料块的宽为1～20um，长为4～100um，厚度为0.1um～5um。

本实用新型还提供了一种保密传输芯片的一个实施例，其由蓝宝石衬底和蓝宝石顶面的超材料组成，所述超材料为二维阵列。蓝宝石顶面是边长为1cm×1cm的正方形，蓝宝石的厚度为460～1000um。该二维阵列又是由周期排列的N×M个正方形单元结构所组成。N为≥70的整数，M为≥50的整数。每个单元结构是由金属结构、带有填充金属块和半导体材料块的凹槽所组成。凹槽的上表面和金属结构上表面位于蓝宝石顶层的同一水平面。凹槽的下表面和填充的金属块和半导体材料块的下表面也处于同一水平面。

在一个实施例汇总，金属结构可以是铝结构，金属块为铝块，半导体材料块为硅块，铝结构的上表面是由关于单元结构横向中心线对称长度和宽度都分别为85um和2.5um的左右两条竖直长方形、关于单元结构竖直中心线对称长和宽度都分别为80um和2.5um的上下两条横向长方形、以及关于单元结构竖直中心线对称边长为72um的正方形所组成。凹槽的上表面是由关于单元结构竖直中心线对称长宽都分别为30um和4um的两个左横向长方形、连接这两个横向长方形的长宽为72um和4um的左竖直长方形、关于单元结构竖直中心线对称长宽都分别为30um和4um的两个右横向长方形和连接这右两个横向长方形的长宽为72um和4um的右竖直长方形所组成。硅块上表面是关于单元结构竖直中心线对称长度和宽度分别为20um和4um的横向长方形。铝块是关于单元结构竖直中心线平分对称长度和宽分别为10um和4um的横向长方形。铝结构的厚度为0.5um，硅块的厚度为0.5um，铝块的厚度也为0.5um。

如图2所示，在一个实施例中，1，5为铝结构，2为硅块，3为铝块，4为凹槽。铝结构上表面是由长边a为85um的关于单元结构横向中心线对称的竖直长方形，长边b为80um的关于单元结构竖直中心线对称的横向长方形，边长c为72um的关于单元结构竖直中心线对称的正方形所组成。凹槽上表面的是由长边g为30um，短边e为4um的关于单元结构竖直中心线对称的左横向长方形，长边c为72um，短边e为4um的左竖直长方形，以及g为30um，短边e为4um的关于单元结构竖直中心线对称的右横向长方形长边，c为72um，短边为4um右竖直长方形长边所组成。硅块上表面是长边d为20um，短边e为4um的关于单元结构竖直中心线对称的横向长方形。铝块上表面是长边f为10um，短边e为4um的关于单元结构竖直中心线平分对称的横向长方形。

本实用新型还提供了一种保密传输方法的一个实施例，在加密时，所述芯片接收太赫兹波发射源发射的太赫兹波，对所述太赫兹波进行低频滤波后，使滤波后的太赫兹波传输至太赫兹波接收器，完成信息加密；

在解密时，所述芯片接收所述太赫兹波发射源发射的太赫兹波以及激光发射源发射的激光，对所述太赫兹波进行高频滤波后，使滤波后的太赫兹波传输至所述太赫兹波接收器，完成信息解密。

通过本实用新型中，太赫兹芯片的二维阵列中的超材料与太赫兹波的共振响应物理机制简单清晰，利用其共振响应频率与超材料结构尺寸之间的关系，易于设计工作在特定频率下的太赫兹芯片。太赫兹芯片所选的结构复杂程度低，可实行度高，材料的选择实惠，易于制备，可大量生产。此外，本实用新型提供的系统不但降低了现有的保密系统的复杂度、提高了系统的稳定性，而且能够满足特定的加密需求，促进了太赫兹保密通信的实用化、商业化。

应当说明的是，上述实施例均可根据需要自由组合。以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。

Claims (8)

1.一种保密传输系统，其特征在于，包括：加密单元和解密单元；

所述加密单元包括太赫兹波发射源、太赫兹芯片、信息板、太赫兹波接收器；所述信息板附着于所述太赫兹芯片上；

在加密时，所述太赫兹波发射源用于向附着有所述信息板的所述太赫兹芯片发射太赫兹波，所述太赫兹波经附有所述信息板的所述太赫兹芯片进行低频滤波后传输至所述太赫兹波接收器；

所述解密单元包括所述太赫兹波发射源、所述太赫兹芯片、所述信息板、所述太赫兹波接收器以及激光发射源；

在解密时，所述太赫兹波发射源用于向附着有所述信息板的所述太赫兹芯片发射太赫兹波，所述激光发射源用于向附着有所述信息板的所述太赫兹芯片上发射激光，所述太赫兹波与所述激光经附有所述信息板的所述太赫兹芯片进行高频滤波后传输至所述太赫兹波接收器。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于：

所述太赫兹芯片包括衬底和衬底顶面的二维阵列；

所述的二维阵列由周期排列的N×M个正方形单元结构组成，N、M为的正整数。

3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于：

所述单元结构包括：正方形的金属结构、在所述金属结构上形成有正方形环状凹槽，所述凹槽关于所述金属结构中心线对称；在所述凹槽中还设有关于所述金属结构中心线对称的金属块和半导体材料块，所述金属结构、所述金属块、所述半导体材料块的上表面等高。

4.根据权利要求3所述的系统，其特征在于：

所述金属结构主体的边长为17～425um，所述凹槽的外边长为16～400um，内边长为15～360um，所述金属块的宽为1～20um，长为2～50um，厚度为0.1um～5um，所述半导体材料块的宽为1～20um，长4～100um，厚度为0.1um～5um。

5.根据权利要求2所述的系统，其特征在于：

所述衬底为蓝宝石衬底。

6.一种保密传输芯片，其特征在于，所述芯片用于利用太赫兹波进行保密传输；所述芯片包括衬底以及衬底顶面的二维阵列；

所述的二维阵列由周期排列的N×M个正方形单元结构组成，N、M为的正整数；

所述单元结构包括：正方形的金属结构主体、在所述金属结构上形成有正方形环状凹槽，所述凹槽关于所述金属结构中心线对称；在所述凹槽中还设有关于所述金属结构中心线对称的金属块和半导体材料块。

7.根据权利要求6所述的芯片，其特征在于：

所述金属结构主体的边长为17～425um，所述凹槽的外边长为16～400um，内边长为15～360um，所述金属块的宽为1～20um，长为2～50um，厚度为0.1um～5um，所述半导体材料块的宽为1～20um，长为4～100um，厚度为0.1um～5um。

8.根据权利要求6所述的芯片，其特征在于：

所述衬底为蓝宝石衬底。

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