DE102007021547A1

DE102007021547A1 - Method for optical coding of analog optical signal, involves modulating analog optical signal by change of signal parameter as function of secret modulation key function

Info

Publication number: DE102007021547A1
Application number: DE200710021547
Authority: DE
Inventors: Michael Eiselt
Original assignee: Adva Optical Networking SE
Current assignee: Adva Optical Networking SE
Priority date: 2007-05-08
Filing date: 2007-05-08
Publication date: 2008-11-13

Abstract

The method involves modulating analog optical signal by change of signal parameter as a function of a secret modulation key function. The phase of the analog optical signal is modulated as a signal parameter in the function of a frequency of the analog optical signal. The modulation of the analog optical signal takes place by inserting a fiber optics with chromatic dispersion. Independent claims are also included for the following: (1) a system for the coded transmission of a signal between a transmitter and a receiver (2) a device for optical coding of an analog optical signal.

Description

Die Erfindung schafft ein Verfahren und ein System zur optischen Ver- und Entschlüsselung von Signalen.The The invention provides a method and a system for optical and decryption of signals.

Bei der Datenübertragung werden Daten von einem Sender zu einem Empfänger über einen Datenübertragungskanal bzw. eine Übertragungsstrecke übertragen. Dabei besteht für unbefugte Dritte die Möglichkeit, die übertragenen Daten abzuhören oder sogar zu manipulieren.at the data transmission Data is transferred from a sender to a receiver via a communication channel or transmit a transmission path. It insists for unauthorized third parties the possibility the transferred ones To listen to data or even to manipulate.

Bei herkömmlichen Datenübertragungssystem werden daher die Daten verschlüsselt übertragen. Bei der symmetrischen Verschlüsselung wird derselbe Schlüssel für die Ver- und Entschlüsselung verwendet. Bei einer unsymmetrischen Verschlüsselung werden zur Ver- und Entschlüsselung verschiedene Schlüssel eingesetzt. Ein Sender verschlüsselt dabei seine Datennachricht mit dem öffentlichen Schlüssel des Empfängers, während dieser für die Entschlüsselung des Datenstroms einen privaten geheimen Schlüssel benutzt. Der digitale Datenstrom wird bei der digitalen Verschlüsselung mit einem geheimen Schlüssel für die Datenübertragung unkenntlich gemacht und auf der Empfangsseite mit Hilfe eines komplementären Schlüssel wieder decodiert. Wird eine derartige verschlüsselte Nachricht von einem Unbefugten abgehört, ist der Dateninhalt zunächst nicht verständlich.at usual Data transfer system Therefore, the data is transmitted encrypted. For symmetric encryption becomes the same key for the Encryption and decryption used. In an asymmetric encryption are used to connect and decryption different keys used. A sender encrypts it his data message with the public key of the receiver while this one for the decryption the stream uses a private secret key. The digital one Data stream is used in digital encryption with a secret key for the data transfer defaced and on the receiving side with the help of a complementary key again decoded. If such an encrypted message from a Listened to unauthorized persons, is the data content first not understandable.

Bei herkömmlichen Datenübertragungssystemen besteht jedoch die Gefahr, dass die übertragene verschlüsselte Nachricht in digitaler Form von einem unbefugten Dritten abgehört und gespeichert wird. Anschließend hat der Angreifer bzw. der unbefugte Dritte die Möglichkeit, durch vielfache Entschlüsselungsversuche die verschlüsselten Daten zu entschlüsseln. Der bei der Datenübertragung betriebene Codierungsaufwand und insbesondere die Länge des eingesetzten Schlüssels bestimmt dabei, welcher Rechenaufwand zur Entschlüsselung der verschlüsselten Daten seitens des Angreifers betrieben werden muss. Mit zunehmender Rechenleistung von Computern besteht daher die Gefahr, dass diese Nachrichten durch Dritte abgehört werden können und gegebenenfalls manipuliert werden.at usual Data transmission systems However, there is a risk that the transmitted encrypted message is intercepted and stored in digital form by an unauthorized third party. Subsequently the attacker or the unauthorized third party has the opportunity through multiple decryption attempts the encrypted To decrypt data. The in the data transmission operated coding effort and in particular the length of inserted key determines which computational effort to decrypt the encrypted Data must be operated by the attacker. With increasing Computing power of computers therefore runs the risk that these messages intercepted by third parties can and can possibly be manipulated.

Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren und ein System zu schaffen, bei denen Signale absolut abhörsicher übertragen werden.It is therefore the object of the present invention, a method and to provide a system in which signals are transmitted absolutely tap-proof.

Die Erfindung schafft ein Verfahren zur optischen Verschlüsselung eines analogen optischen Signals, wobei das analoge optische Signal durch Veränderung mindestens eines Signalparameters in Abhängigkeit von einer geheimen Modulationsschlüsselfunktion moduliert wird.The Invention provides a method for optical encryption an analog optical signal, wherein the analog optical signal through change at least one signal parameter depending on a secret Modulation key function is modulated.

Das erfindungsgemäße Verfahren nutzt dabei aus, dass das analoge optische Datensignal in seiner optischen Form nicht langfristig durch unbefugte Dritte gespeichert werden kann, sodass keine mehrfachen nachträglichen Entschlüsselungsversuche seitens des Angreifers unternommen werden können.The inventive method takes advantage of the fact that the analog optical data signal in its optical form is not stored in the long term by unauthorized third parties can be, so no multiple subsequent decryption attempts can be undertaken by the attacker.

Bei einer Ausführungsform wird zunächst ein digitales Signal, beispielsweise ein Datensignal, in das optische Signal mittels eines Wandlers umgewandeltat an embodiment will be first a digital signal, for example a data signal, in the optical Signal converted by means of a converter

Das erfindungsgemäße Verfahren zur optischen Verschlüsselung kann bei einer Ausführungsform auch zusätzlich zu einer digitalen Verschlüsselung eingesetzt werden. Alternativ kann die Verschlüsselung des Signals rein optisch erfolgen.The inventive method for optical encryption can in one embodiment also in addition to a digital encryption be used. Alternatively, the encryption of the signal can be purely optical respectively.

Bei einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird als ein Signalparameter die Phase des analogen optischen Signals in Abhängigkeit von einer Frequenz des analogen optischen Signals moduliert.at an embodiment the method according to the invention As a signal parameter, the phase of the analog optical signal becomes dependent on is modulated by a frequency of the analog optical signal.

Bei einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens erfolgt die Modulation des analogen optischen Signals durch Zwischenschalten mindestens eines Lichtwellenleiters mit chromatischer Dispersion.at an embodiment the method according to the invention the modulation of the analog optical signal is effected by interposing at least a fiber optic cable with chromatic dispersion.

Bei einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens werden verschiedene Lichtwellenleiter mit jeweils unterschiedlicher chromatischer Dispersion nacheinander zwischengeschaltet.at an embodiment the method according to the invention are different optical fibers, each with different chromatic dispersion interposed in succession.

Bei einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ist die Reihenfolge der zwischengeschalteten Lichtwellenleiter einstellbar.at an embodiment the method according to the invention is the order of the interposed fiber optic adjustable.

Bei einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ist die chromatische Dispersion des jeweiligen Lichtwellenleiters veränderbar.at an embodiment the method according to the invention is the chromatic dispersion of the respective optical waveguide variable.

Bei einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ist die chromatische Dispersion des jeweiligen Lichtwellenleiters konstant.at an embodiment the method according to the invention is the chromatic dispersion of the respective optical waveguide constant.

Bei einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird das analoge optische Signal in spektrale Signalanteile zerlegt, die jeweils mit einer zugehörigen Phase moduliert und anschließend zu einem optisch verschlüsselten analogen optischen Signal zusammengesetzt werden.at an embodiment the method according to the invention is the analog optical signal decomposed into spectral signal components, each with an associated Phase modulated and then to a visually encrypted be synthesized analog optical signal.

Bei einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird als Signalparameter die Polarisation des analogen optischen Signals in Abhängigkeit von einer Frequenz des analogen optischen Signals moduliert.at an embodiment the method according to the invention is used as a signal parameter, the polarization of the analog optical Signals in dependence is modulated by a frequency of the analog optical signal.

Bei einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens erfolgt die Modulation des analogen optischen Signals durch Zwischenschalten mindestens eines Lichtwellenleiters mit differentieller Gruppenverzögerung.at an embodiment the method according to the invention the modulation of the analog optical signal is effected by interposing at least an optical waveguide with differential group delay.

Bei einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens werden verschiedene Lichtwellenleiter mit jeweils unterschiedlicher differentieller Gruppenverzögerung zwischengeschaltet.at an embodiment the method according to the invention are different optical fibers, each with different differential group delay interposed.

Bei einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird das analoge optische Signal in spektrale Signalanteile zerlegt, die jeweils mit einer zugehörigen Polarisation moduliert und anschließend zu einem optisch verschlüsselten analogen optischen Signal zusammengesetzt werden.at an embodiment the method according to the invention is the analog optical signal decomposed into spectral signal components, each with an associated Polarization modulated and then to an optically encrypted be synthesized analog optical signal.

Bei einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens erfolgt die Polarisationsmodulation der spektralen Signalanteile durch Umschalten von Wellenlängenverzögerungsplatten.at an embodiment the method according to the invention the polarization modulation of the spectral signal components takes place by switching wavelength delay plates.

Bei einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird als Signalparameter die Phase des analogen optischen Signals als Funktion der Zeit moduliert.at an embodiment the method according to the invention becomes the signal parameter of the phase of the analog optical signal modulated as a function of time.

Bei einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird als Signalparameter die Amplitude des analogen optischen Signals als Funktion der Zeit moduliert.at a further embodiment the method according to the invention is used as a signal parameter, the amplitude of the analog optical signal as Function of time modulated.

Bei einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird als Signalparameter die Amplitude des analogen optischen Signals in Abhängigkeit von einer Frequenz des analogen optischen Signals moduliert.at a further embodiment the method according to the invention is used as a signal parameter, the amplitude of the analog optical signal in dependence is modulated by a frequency of the analog optical signal.

Bei einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird als Signalparameter die Frequenz des analogen optischen Signals als Funktion der Zeit moduliert.at an embodiment the method according to the invention is the signal parameter, the frequency of the analog optical signal modulated as a function of time.

Die Erfindung schafft ferner ein Verfahren zur Entschlüsselung eines analogen optischen Signals, wobei das analoge optische Signal mittels einer inversen geheimen Modulationsschlüsselfunktion demoduliert wird.The The invention further provides a method for decryption an analog optical signal, wherein the analog optical signal is demodulated by means of an inverse secret modulation key function.

Bei einer Ausführungsform wird das demodulierte analoge optische Signal anschließend in ein digitales Signal umgewandelt wird.at an embodiment The demodulated analog optical signal is then in a digital signal is converted.

Bei einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird als Signalparameter die Phase des empfangenen optischen Signals in Abhängigkeit von einer Frequenz des analogen optischen Signals demoduliert.at an embodiment the method according to the invention As a signal parameter, the phase of the received optical signal dependent on is demodulated from a frequency of the analog optical signal.

Bei einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens erfolgt die Demodulation des analogen optischen Signals durch Zwischenschalten mindestens eines Lichtwellenleiters mit inverser chromatischer Dispersion.at an embodiment the method according to the invention the demodulation of the analog optical signal takes place by interposing at least an optical waveguide with inverse chromatic dispersion.

Bei einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird als Signalparameter die Polarisation des empfangenen optischen Signals in Abhängigkeit von einer Frequenz des empfangenen optischen Signals demoduliert.at an embodiment the method according to the invention is used as a signal parameter, the polarization of the received optical Signals in dependence is demodulated from a frequency of the received optical signal.

Die Erfindung schafft ferner ein System zur verschlüsselten Übertragung eines Signals zwischen einem Sender und einem Empfänger, wobei der Sender einen Signalmodulator zur Modulation des analogen optischen Signals durch Veränderung mindestens eines Signalparameters in Abhängigkeit von einer geheimen Modulationsschlüsselfunktion aufweist, wobei das durch die geheime Modulationsschlüsselfunktion modulierte optische Signal von dem Sender über eine Übertragungsstrecke zu dem Empfänger übertragbar ist, der einen Demodulator zur Demodulation des empfangenen optischen Signals mittels einer inversen geheimen Modulationsschlüsselfunktion aufweist.The The invention further provides a system for encrypted transmission of a signal between a Transmitter and a receiver, the transmitter having a signal modulator for modulating the analogue optical signal through change at least one signal parameter depending on a secret Modulation key function by the secret modulation key function modulated optical signal is transferable from the transmitter over a transmission link to the receiver, a demodulator for demodulating the received optical Signal by means of an inverse secret modulation key function having.

Bei einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Systems wird die Modulationsschlüsselfunktion von dem Sender an den Empfänger auf einem getrennten Nachrichtenübertragungskanal zur Bildung der geheimen inversen Modulationsschlüsselfunktion übertragen.at an embodiment of the system according to the invention becomes the modulation key function from the transmitter to the receiver on a separate communication channel to transmit the secret inverse modulation key function.

Die Erfindung schafft ferner eine Vorrichtung zur optischen Verschlüsselung eines analogen optischen Signals mit einer Modulationseinheit zur Modulation des analogen optischen Signals durch Veränderung mindestens eines Signalparameters in Abhängigkeit von einer geheimen Modulationsschlüsselfunktion.The The invention further provides an apparatus for optical encryption an analog optical signal with a modulation unit for Modulation of the analog optical signal by change at least one signal parameter depending on a secret Modulation key function.

Bei einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur optischen Verschlüsselung eines analogen optischen Signals weist die Modulationseinheit eine Wellenlängentrenneinheit zur Trennung des analogen optischen Signals in spektrale Signalanteile mit unterschiedlichen Wellenlängen auf.at an embodiment the device according to the invention for optical encryption of a analog optical signal, the modulation unit has a wavelength separation unit for separating the analog optical signal into spectral signal components with different wavelengths on.

Bei einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung weist die Wellenlängeneinheit ein Interferenzgitter, welches die spektralen Signalanteile des analogen optischen Signals in verschiedene Richtungen als Signalstrahl reflektiert und eine optische Linse auf, welche die reflektierten Signalstrahlen der spektralen Signalanteile des analogen optischen Signals parallelisiert.In one embodiment of the device according to the invention, the wavelength unit has an interference grating, which reflects the spectral signal components of the analog optical signal in different directions as a signal beam and an optical lens, which the reflected signal beams of the spectral signal components of the analog parallelized optical signal.

Bei einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung weist die Modulationseinheit einen Modulator zur Modulation der spektralen Signalanteile des optischen Signals in Abhängigkeit von der Signalfrequenz auf.at an embodiment the device according to the invention the modulation unit has a modulator for modulating the Spectral signal components of the optical signal in dependence from the signal frequency.

Bei einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist der Modulator ein Phasenmodulator, der die parallelisierten Signalstrahlen der spektralen Signalanteile zur Modulation der Phase des analogen optischen Signals in Abhängigkeit von der Frequenz jeweils mit einer vorgegebenen Phasenverschiebung versieht.at an embodiment the device according to the invention For example, the modulator is a phase modulator that is parallelized Signal beams of the spectral signal components for modulating the phase of analog optical signal depending on the frequency respectively provides with a given phase shift.

Bei einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist der Modulator ein Polarisationsmodulator, der die parallelisierten Signalstrahlen der spektralen Signalanteile zur Modulation der Polarisation des analogen optischen Signals in Abhängigkeit von der Frequenz jeweils mit einer vorgegebenen Polarisation versieht.at an embodiment the device according to the invention the modulator is a polarization modulator that is parallelized Signal beams of the spectral signal components for modulation of the polarization of the analog optical signal depending on the frequency respectively with a given polarization.

Bei einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist der Modulator ein LC-Modulator.at an embodiment the device according to the invention the modulator is an LC modulator.

Bei einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird der Modulator durch eine elektrische Spannung angesteuert.at an embodiment the device according to the invention the modulator is driven by an electrical voltage.

Bei einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung weist die Modulationseinheit eine Wellenlängenzusammenführeinheit zum Zusammenführen der modulierten spektralen Signalanteile des analogen optischen Signals auf.at an embodiment the device according to the invention the modulation unit has a wavelength-combining unit to merge the modulated spectral signal components of the analog optical Signal on.

Bei einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung weist die Wellenlängenzusammenführeinheit eine optische Linse, welche die modulierten spektralen Signalanteile bündelt und ein Interferenzgitter auf, welches die gebündelten modulierten Spektralanteile zu einem optischen Signal zusammensetzt.at an embodiment the device according to the invention has the wavelength aggregation unit an optical lens containing the modulated spectral signal components bundles and an interference fringe comprising the collimated modulated spectral components to form an optical signal.

Bei einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung reflektiert der Modulator die durch die optische Linse der Wellenlängentrenneinheit parallelisierten spektralen Signalanteile des optischen Signals an die optische Linse zurück, welche die modulierten spektralen Signalanteile für das Interferenzgitter der Wellenlängentrenneinheit bündelt, welche die gebündelten modulierten spektralen Signalanteile zu einem modulierten optischen Signal zusammensetzt.at an embodiment the device according to the invention The modulator reflects through the optical lens of the wavelength separation unit parallelized spectral signal components of the optical signal back to the optical lens, which the modulated spectral signal components for the interference grid the wavelength separation unit bundles which the bundled modulated spectral signal components to a modulated optical Signal composed.

Bei einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung werden die durch den Modulator modulierten spektralen Signalanteile des optischen Signals durch einen Spiegel an die optische Linse der Wellenlängentrenneinrichtung zurückreflektiert, welche die modulierten spektralen Signalanteile für das Interferenzgitter der Wellenlängentrenneinheit bündelt, welche die gebündelten modulierten spektralen Signalanteile zu einem modulierten optischen Signal zusammensetzt.at an embodiment the device according to the invention become the modulated by the modulator spectral signal components of the optical signal through a mirror to the optical lens the wavelength separation device reflected back, which the modulated spectral signal components for the interference grid the wavelength separation unit bundles, which the bundled modulated spectral signal components to a modulated optical Signal composed.

Bei einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung weist die Modulationseinheit einen optischen Zirkulator zur Trennung der Signalrichtung auf.at an embodiment the device according to the invention the modulation unit has an optical circulator for separation the signal direction.

Die Erfindung schafft ferner eine Vorrichtung zur optischen Entschlüsselung eines empfangenen analogen optischen Signals mit einer Demodulationseinheit zur Demodulation des empfangengen optischen Signals mittels einer inversen geheimen Modulationsschlüsselfunktion.The The invention further provides an optical decryption device a received analog optical signal with a demodulation unit for demodulating the received optical signal by means of a inverse secret modulation key function.

Im Weiteren werden bevorzugte Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens und des erfindungsgemäßen Systems zur optischen Ver- und Entschlüsselung von Signalen unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren zur Erläuterung erfindungswesentlicher Merkmale beschrieben.in the Other preferred embodiments the process of the invention and of the system according to the invention for optical encryption and decryption of signals with reference to the accompanying figures for explanation essential to the invention Features described.

Es zeigen:It demonstrate:

1: ein Blockschaltbild einer möglichen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Systems zur verschlüsselten Datenübertragung eines Signals; 1 a block diagram of a possible embodiment of the inventive system for the encrypted data transmission of a signal;

2: ein Blockschaltbild einer weiteren möglichen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Systems zur verschlüsselten Übertragung eines Signals; 2 a block diagram of another possible embodiment of the inventive system for the encrypted transmission of a signal;

3: eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen optischen Verschlüsselungsvorrichtung; 3 an embodiment of an optical encryption device according to the invention;

4: eine weitere Ausführungsform einer erfindungsgemäßen optischen Verschlüsselungsvorrichtung; 4 a further embodiment of an optical encryption device according to the invention;

5: ein erstes Ausführungsbeispiel der in der erfindungsgemäßen optischen Verschlüsselungsvorrichtung gemäß 4 enthaltenen Modulationseinheit; 5 A first embodiment of the invention in the optical encryption device according to 4 included modulation unit;

6: eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemäßen optischen Verschlüsselungsvorrichtung; 6 a further embodiment of the optical encryption device according to the invention;

7: eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemäßen optischen Verschlüsselungsvorrichtung; 7 a further embodiment of the optical encryption device according to the invention;

8: ein Blockschaltbild einer möglichen Ausführungsform der erfindungsgemäßen optischen Entschlüsselungsvorrichtung; 8th : a block diagram of a possible Embodiment of the optical decryption device according to the invention;

9A: ein empfangenes Datenbitmuster ohne Verschlüsselung des spektralen Signals; 9A a received data bit pattern without encoding the spectral signal;

9B: ein empfangenes Datenbitmuster mit optischer Verschlüsselung des digitalen Signals; 9B a received data bit pattern with optical encryption of the digital signal;

10A: ein Augendiagramm eines empfangenen digitalen Signals ohne optische Verschlüsselung; 10A an eye diagram of a received digital signal without optical encryption;

10B: ein Augendiagramm eines empfangenen mittels des optischen Verschlüsselungsverfahrens optisch verschlüsselten digitalen Signals; 10B FIG. 4 is an eye diagram of a received digital signal optically encoded by the optical encoding method; FIG.

11A: einen Phasenverlauf eines DPSK-modulierten Signals als Funktion der Zeit; 11A a phase characteristic of a DPSK modulated signal as a function of time;

11B: einen Phasenverlauf einer vorgenommenen Phasemodulation als Funktion der Zeit; 11B a phase characteristic of a phase modulation made as a function of time;

11C: einen Phasenverlauf eines phasenmodulierten Signals als Funktion der Zeit. 11C : a phase characteristic of a phase-modulated signal as a function of time.

Wie man aus 1 erkennen kann, wird bei dem erfindungsgemäßen System 1 ein Signal, beispielsweise ein Datensignal, verschlüsselt von einem Sender 2 zu einem Empfänger 3 über eine Übertragungsstrecke 4 übertragen. Die Übertragungsstrecke 4 ist eine beliebige optische Übertragungsstrecke für ein optisches Signal mit mindestens einem Lichtwellenleiter, auf dem ein optisches Signal von dem Sender 2 zu dem Empfänger 3 übertragen wird. Eine beliebige Datenquelle 5 generiert ein digitales Signal, welches durch einen Signalwandler 6 in ein analoges optisches Signal umgewandelt wird. Das optische Signal wird einer Modulationseinheit 7 zugeführt. Der Signalwandler 6 und die Modulationseinheit 7 bilden zusammen eine optische Verschlüsselungsvorrichtung 8. Die Modulationseinheit 7 moduliert das analoge optische Signal durch Veränderung mindestens eines Signalparameters in Abhängigkeit von einer Modulationsschlüsselfunktion. Die Modulationsschlüsselfunktion ist dabei vorzugsweise eine geheime Modulationsschlüsselfunktion. Das derart modulierte analoge optische Signal gelangt über die Datenübertragungsstrecke 4, d. h. über mindestens einen Lichtwellenleiter zu dem Empfänger 3. Der Empfänger 3 weist eine Demodulationseinheit 9 auf, die das empfangene optische Signal mittels einer inversen geheimen Modulationsschlüsselfunktion demoduliert. Das demodulierte optische Signal wird durch einen Signalwandler 10 in ein digitales Signal umgewandelt. Die Demodulationseinheit 9 und der Signalwandler 10 bilden zusammen eine opti sche Entschlüsselungsvorrichtung 11 innerhalb des Empfängers 3. Das aus der optischen Entschlüsselungsvorrichtung 11 abgegebene digitale Signal wird in einer beliebigen Datensenke bzw. einer Datenverarbeitungsvorrichtung 12 innerhalb des Empfängers 3 verarbeitet.How to get out 1 can recognize is in the inventive system 1 a signal, for example a data signal, encrypted by a transmitter 2 to a receiver 3 over a transmission path 4 transfer. The transmission link 4 is any optical transmission path for an optical signal having at least one optical waveguide on which an optical signal from the transmitter 2 to the recipient 3 is transmitted. Any data source 5 generates a digital signal through a signal converter 6 is converted into an analog optical signal. The optical signal becomes a modulation unit 7 fed. The signal converter 6 and the modulation unit 7 together form an optical encryption device 8th , The modulation unit 7 modulates the analog optical signal by changing at least one signal parameter in dependence on a modulation key function. The modulation key function is preferably a secret modulation key function. The thus modulated analog optical signal passes over the data transmission path 4 ie via at least one optical waveguide to the receiver 3 , The recipient 3 has a demodulation unit 9 which demodulates the received optical signal by means of an inverse secret modulation key function. The demodulated optical signal is passed through a signal converter 10 converted into a digital signal. The demodulation unit 9 and the signal converter 10 together form an optical decoding device 11 within the recipient 3 , That from the optical decoding device 11 output digital signal is in any data sink or a data processing device 12 within the recipient 3 processed.

2 zeigt eine weitere mögliche Ausführungsform des erfindungsgemäßen Systems 1 zur verschlüsselten Übertragung eines Signals von einem Sender 2 zu einem Empfänger 3. Bei dieser Ausführungsform weist der Sender 2 zusätzlich neben der optischen Verschlüsselungsvorrichtung 8 auch eine digitale Verschlüsselungsvorrichtung 13 auf. Die digitale Verschlüsselungsvorrichtung 13 verschlüsselt das von der Datenquelle 5 stammende digitale Signal kryptographisch mittels eines geheimen Schlüssels. Anschließend wird das digital verschlüsselte Signal durch die optische Verschlüsselungsvorrichtung 8 auch optisch verschlüsselt. Bei der in 2 dargestellten Ausführungsform weist der Empfänger 3 neben der optischen Verschlüsselungsvorrichtung 11 auch eine digitale Entschlüsselungsvorrichtung 14 auf. Nach der optischen Entschlüsselung erfolgt durch die digitale Entschlüsselungsvorrichtung 14 die digitale Entschlüsselung mittels des geheimen kryptographischen Schlüssels, bevor die Daten zur Datenverarbeitung der Datensenke 12 zugeführt werden. 2 shows a further possible embodiment of the system according to the invention 1 for the encrypted transmission of a signal from a transmitter 2 to a receiver 3 , In this embodiment, the transmitter 2 in addition to the optical encryption device 8th also a digital encryption device 13 on. The digital encryption device 13 encrypts that from the data source 5 originating digital signal cryptographically by means of a secret key. Subsequently, the digitally encrypted signal is transmitted by the optical encryption device 8th also optically encrypted. At the in 2 illustrated embodiment, the receiver 3 next to the optical encryption device 11 also a digital decryption device 14 on. After the optical decryption is done by the digital decryption device 14 the digital decryption by means of the secret cryptographic key before the data processing of the data sink 12 be supplied.

3 zeigt eine erste mögliche Ausführungsform der erfindungsgemäßen optischen Verschlüsselungsvorrichtung 8. Bei dieser in 3 dargestellten Ausführungsform erfolgt die optische Verschlüsselung mittels chromatischer Dispersion. Ein optisches Signal wird bei Durchlaufen einer Glasfaser mit hoher chromatischer Dispersion verzerrt. Die chromatische Dispersion fügt dabei dem optischen Signal eine Phasenverschiebung zu, die in nicht-linearer Weise eine Funktion der Frequenz des optischen Signals ist. Bei der in 3 dargestellten Ausführungsform wird das optische Signal, wie es von dem Signalwandler 6 der Modulationseinheit 7 zugeführt wird, mit einer chromatischen Dispersion eines bestimmten Wertes beaufschlagt. In entsprechender Weise wird auf Seiten des Empfängers 3 das übertragene optische Signal der Demodulationseinheit 9 durch ein Element bzw. eine Glasfaser mit einer inversen chromatischen Dispersion beaufschlagt, d. h. das empfangene optische Signal durchläuft beispielsweise eine Glasfaser mit der entsprechenden inversen chromatischen Dispersion. Ein auf der Datenübertragungsstrecke 4 abgehörtes optisches Signal ist nicht verzerrungsfrei detektierbar. 3 shows a first possible embodiment of the optical encryption device according to the invention 8th , At this in 3 illustrated embodiment, the optical encryption by means of chromatic dispersion. An optical signal is distorted when passing through a glass fiber with high chromatic dispersion. The chromatic dispersion adds a phase shift to the optical signal, which is a function of the frequency of the optical signal in a non-linear manner. At the in 3 In the embodiment shown, the optical signal, as obtained by the signal converter 6 the modulation unit 7 is supplied, subjected to a chromatic dispersion of a certain value. In a similar way will be on the part of the recipient 3 the transmitted optical signal of the demodulation unit 9 By an element or a glass fiber with an inverse chromatic dispersion applied, ie, the received optical signal passes, for example, a glass fiber with the corresponding inverse chromatic dispersion. One on the data link 4 The intercepted optical signal can not be detected without distortion.

Das Hinzufügen der chromatischen Dispersion erfolgt bei der in 3 dargestellten Ausführungsform beispielsweise durch dispersive Glasfasern. Bei der in 3 dargestellten Ausführungsform enthält die Modulationseinheit 7 einen optischen Schalter 7A zum Schalten des von dem Signalwandler 6 empfangenen optischen Signals in Abhängigkeit von einem Steuersignal CRTL. An den Ausgängen des optischen Schalters 7A sind jeweils dispersive Bauelemente bzw. Glasfasern 7C-1 bis 7-N vorgesehen, die das Signal jeweils mit einer chromatischen Dispersion beaufschlagen. Ein weiterer optischer Schalter 7B schaltet dann die dispersiv verzerrten Signale auf die Übertragungsstrecke 4 in Abhängigkeit von dem Steuersignal CRTL. Die dispersiven Bauelemente 7C weisen unterschiedliche Dispersionswerte D auf. In der Demodulationseinheit 9 auf der Empfängerseite sind entsprechende Bauelemente mit inversem Dispersionsverhalten vorgesehen, beispielsweise dispersionskompensierte Fasern DCF.The addition of chromatic dispersion occurs at the in 3 illustrated embodiment, for example, by dispersive glass fibers. At the in 3 illustrated embodiment includes the modulation unit 7 an optical switch 7A for switching the signal converter 6 received optical signal in response to a control signal CRTL. At the outputs of the opti switch 7A are each dispersive components or glass fibers 7C-1 to 7-N provided, which act on the signal in each case with a chromatic dispersion. Another optical switch 7B then switches the dispersively distorted signals on the transmission path 4 in response to the control signal CRTL. The dispersive components 7C have different dispersion values D. In the demodulation unit 9 On the receiver side, corresponding components with inverse dispersion behavior are provided, for example dispersion-compensated DCF fibers.

Bei der in 1 dargestellten Ausführungsform sind die dispersiven Bauelemente 7C parallel verschaltet. Bei einer alternativen Ausführungsform sind die dispersiven Bauelemente 7C seriell in beliebiger Reihenfolge schaltbar. Mittels einem Schlüsselaustauschverfahren zwischen dem Empfänger 3 und dem Sender 2 wird periodisch die Reihenfolge der zwischengeschalteten dispersiven Bauelemente 7C mitgeteilt. Dabei erfolgt die Zwischenschaltung eines dispersiven Bauelementes 7C bzw. einer Kombination von mehreren seriell zwischengeschalteten dispersiven Bauelementen 7C bei einer Ausführungsform jeweils für einen bestimmten Zeitraum. Bei dieser Ausführungsform wird dem Empfänger 3 durch den Sender 2 mitgeteilt, welches dispersive Bauelement bzw. welche Kombination von dispersiven Bauelementen in dem jeweiligen Zeitschlitz zwischengeschaltet sind. Bei einer alternativen Ausführungsform ist auch der Zeitraum, für dessen Dauer ein bestimmtes dispersives Bauelement 7C bzw. eine Kombination von seriell verschalteten dispersiven Bauelementen zwischengeschaltet sind, variabel, wobei der Sender 2 dem Empfänger 3 zusätzlich die Dauer des jeweiligen Zeitschlitzes über einen getrennten Nachrichtenübertragungskanal mitteilt.At the in 1 embodiment shown are the dispersive components 7C connected in parallel. In an alternative embodiment, the dispersive components 7C can be switched serially in any order. Using a key exchange procedure between the recipient 3 and the transmitter 2 is periodically the order of the intermediate dispersive devices 7C communicated. In this case, the interposition of a dispersive component takes place 7C or a combination of several serially interposed dispersive components 7C in one embodiment, each for a given period of time. In this embodiment, the receiver 3 through the transmitter 2 communicated which dispersive component or which combination of dispersive components are interposed in the respective time slot. In an alternative embodiment, the period for the duration of a particular dispersive device is 7C or a combination of series-connected dispersive components are interposed variable, the transmitter 2 the recipient 3 additionally notifies the duration of the respective time slot via a separate communication channel.

Bei einer möglichen Ausführungsform überträgt der Sender 2 dem Empfänger 3 über einen getrennten Nachrichtenübertragungskanal die aktuelle Verschlüsselungssequenz der zwischengeschalteten chromatischen Bauelemente 7C und der Empfänger 3 reagiert entsprechend. Bei einer alternativen Ausführungsform wird vorab zwischen dem Sender 2 und dem Empfänger 3 eine vorbestimmte Sequenz von zwischengeschalteten dispersiven Bauelementen 7C verabredet, ohne dass eine Übertragung der Verschlüsselungssequenz zwischen dem Sender 2 und dem Empfänger 3 während der Datenübertragung erfolgt.In one possible embodiment, the transmitter transmits 2 the recipient 3 via a separate communication channel, the current encryption sequence of the intermediate chromatic components 7C and the receiver 3 reacts accordingly. In an alternative embodiment, advance between the transmitter 2 and the receiver 3 a predetermined sequence of intermediate dispersive devices 7C agreed, without any transmission of the encryption sequence between the sender 2 and the receiver 3 during data transmission.

Bei einer möglichen Ausführungsform erfolgt die Erzeugung einer variablen Dispersion mittels gechirptes Fasergitter CFG, die über mechanische oder thermische Effekte abgestimmt werden.at a possible embodiment the generation of a variable dispersion takes place by means of chirped Fiber grille CFG over mechanical or thermal effects are tuned.

Bei einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verschlüsselungsverfahrens beträgt der Betrag des Dispersionswertes für ein optisches Signal mit einer Datenübertragungsrate R_b (in GB/sec) mindestens etwa 300.000/R_b ² (psec/nm).In one embodiment of the inventive encryption method, the amount of dispersion value for an optical signal having a data transfer rate R _b (in GB / sec) is at least about 300,000 / R _b ² (psec / nm).

Bei einer möglichen Ausführungsform beträgt auch die Mindestabstufung der Dispersionswerte zweier unterschiedlicher Dispersionsbauelemente etwa 300.000/R_b ² (psec/nm). Beispielsweise beträgt der Mindestdispersionswert für einen Abstufungssignal mit einer Datenübertragungsrate von 10 Gb/sec etwa mindestens 3.000 ps/nm.In one possible embodiment, the minimum graduation of the dispersion values of two different dispersion components is about 300,000 / R _b ² (psec / nm). For example, the minimum dispersion value for a grading signal having a data transmission rate of 10 Gb / sec is about at least 3,000 ps / nm.

Bei dem optischen Verschlüsselungsverfahren gemäß der Erfindung können beliebige Signalparameter des übertragenen optischen Signals in Abhängigkeit von einer geheimen Modulationsschlüsselfunktion moduliert werden. Mögliche Signalparameter sind beispielsweise die Frequenz, die Phase, die Amplitude oder die Polarisation des zu übertragenden optischen Signals.at the optical encryption method according to the invention can any signal parameters of the transmitted optical signal in dependence be modulated by a secret modulation key function. Possible Signal parameters are, for example, the frequency, the phase, the Amplitude or the polarization of the optical signal to be transmitted.

Bei einer möglichen Ausführungsform werden auch mehrere verschiedene Signalparameter beispielsweise in Abhängigkeit von einer zugehörigen geheimen Signalmodulationsschlüsselfunktion moduliert. Die Modulation erfolgt dabei vorzugsweise mehrstufig. In entsprechender Weise erfolgt dann auch die Demodulation des optischen Signals innerhalb des Empfängers 3 mehrstufig. Wird ein optisch verschlüsseltes Signal übertragen, ist das Signal derart gestört, dass es nicht möglich ist, das Signal zu entschlüsseln bzw. ein digitales Signal zu generieren, ohne die Modulationsschlüsselfunktion zu kennen. Auch eine nachträgliche Entzerrung eines elektrischen Signals führt zu keinem klaren Signal, da einige Informationen eines optischen Parametersatzes bei der Detektion nicht registriert werden. Bei dem erfindungsgemäßen optischen Verschlüsselungsverfahren werden bestimmte Signalparameter des optischen Signals gezielt moduliert bzw. gezielt gestört. Bei einer Detektion des optischen Signals wird die eingefügte Störung bzw. die Modulation durch einen inversen optischen Prozess aufgehoben.In one possible embodiment, several different signal parameters are also modulated, for example as a function of an associated secret signal modulation key function. The modulation is preferably carried out in several stages. The demodulation of the optical signal within the receiver then takes place in a corresponding manner 3 stages. If an optically encrypted signal is transmitted, the signal is so disturbed that it is not possible to decrypt the signal or to generate a digital signal without knowing the modulation key function. Also, a subsequent equalization of an electrical signal does not lead to a clear signal, since some information of an optical parameter set are not registered in the detection. In the optical encryption method according to the invention, certain signal parameters of the optical signal are selectively modulated or specifically disturbed. Upon detection of the optical signal, the introduced disturbance or the modulation is canceled by an inverse optical process.

Bei einer möglichen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens zur optischen Verschlüsselung wird als Signalparameter die Phase φ des analogen optischen Signals in Abhängigkeit von einer Frequenz f des analogen optischen Signals moduliert.at a possible embodiment the method according to the invention for optical encryption is the signal parameter, the phase φ of the analog optical signal dependent on is modulated by a frequency f of the analog optical signal.

4 zeigt eine mögliche Ausführungsform der optischen Verschlüsselungsvorrichtung 8, bei der die Phase φ als Signalparameter in Abhängigkeit von der Frequenz f des analogen optischen Signals mittels einer geheimen Modulationsschlüsselfunktion MSF moduliert wird. Bei dieser Ausführungsform erhält die Modulationseinheit 7 eine Wellenlängentrenneinheit 7D, welche das analoge optische Signal in spektrale Signalanteile mit unterschiedlichen Wellenlängen λ trennt. Der Wellenlängentrenneinheit 7D ist einem gesteuerten Modulator 7E nachgeschaltet, der mindestens einen Signalparameter des analogen optischen Signals in Abhängigkeit von der Frequenz f bzw. Wellenlänge λ des optischen Signals moduliert. Das analoge optische Signal wird zunächst in seine spektralen Signalanteile zerlegt, wobei jeder Signalanteil jeweils mit einer zugehörigen Phase durch den Modulator 7E moduliert wird. Anschließend werden die modulierten spektralen Signalanteile durch eine nachgeschaltete Wellenlängenzusammenführeinheit 7F zu einem optisch verschlüsselten analogen optischen Signal zusammengesetzt bzw. zusammengeführt. 4 shows a possible embodiment of the optical encryption device 8th in which the phase φ is modulated as a signal parameter as a function of the frequency f of the analog optical signal by means of a secret modulation key function MSF. In this embodiment, the modulation unit receives 7 a wavelength separation unit 7D which convert the analog optical signal into spectral signal components with different waves lengths λ separates. The wavelength separation unit 7D is a controlled modulator 7E downstream, which modulates at least one signal parameter of the analog optical signal as a function of the frequency f or wavelength λ of the optical signal. The analog optical signal is first decomposed into its spectral signal components, each signal component each with an associated phase through the modulator 7E is modulated. Subsequently, the modulated spectral signal components by a downstream wavelength assembly unit 7F assembled or merged into an optically encrypted analog optical signal.

5 zeigt eine Ausführungsform der in 7 dargestellten Modulationseinheit 7. Bei dieser Ausführungsform wird die Wellenlängentrenneinheit 7D durch eine Gitterlinsenanordnung gebildet. Die Wellenlängeneinheit 7D enthält ein Interferenzgitter I und eine Linse L. Das Interferenzgitter I reflektiert das von dem Signalwandler 6 stammende optische Signal als Signalstrahlen in verschiedene Richtungen, d. h. das Interferenzgitter I zerlegt das empfangene optische Signal in seine spektralen Signalanteile. Die Linse L ist bei einer möglichen Ausführungsform eine bikonvexe Linse, welche die reflektierten spektralen Signalanteile des analogen optischen Signals parallelisiert. Die parallelisierten Signalstrahlen bzw. die spektralen Signalanteile des analogen optischen Signals werden an den Modulator 7E abgegeben. Der Modulator 7E ist bei der in 5 dargestellten Ausführungsform ein Phasenmodulator, der im Strahlengang über eine große Anzahl von Pixeln verfügt, die voneinander getrennt angesteuert werden können. Dabei wird jede Signalkomponente bzw. jeder spektrale Signalanteil des optischen Signals mit einer vorgegebenen Phasenverschiebung Δφ versehen. Bei einer möglichen Ausführungsform wird der Phasenmodulator 7E durch einen LC-Phasenmodulator gebildet, d. h. er ist in LC-Technologie (liquid crystal) hergestellt. Dieser LC-Phasenmodulator 7E wird vorzugsweise durch eine elektrische Spannung angesteuert. Die modulierten spektralen Signalanteile werden durch eine weitere optische Linse, die innerhalb einer Wellenlängenzusammenführeinheit 7F vorgesehen ist, gebündelt und durch ein Interferenzgitter I der Wellenlängenzusammenführeinheit 7F zu einem verschlüsselten optischen Signal zusammengesetzt. Das zusammengesetzte optische verschlüsselte Signal wird von der Modulations einheit 7 über einer Übertragungsstrecke 4 an den Empfänger 3 übertragen. Die Phasenmodulation der spektralen Anteile wird bei einer möglichen Ausführungsform über einen längeren Zeitraum konstant vorgenommen. 5 shows an embodiment of the in 7 shown modulation unit 7 , In this embodiment, the wavelength separation unit becomes 7D formed by a grating lens arrangement. The wavelength unit 7D includes an interference grating I and a lens L. The interference grating I reflects that from the signal converter 6 originating optical signal as signal beams in different directions, ie the interference grating I decomposes the received optical signal into its spectral signal components. The lens L in one possible embodiment is a biconvex lens which parallelizes the reflected spectral signal portions of the analog optical signal. The parallelized signal beams or the spectral signal components of the analog optical signal are sent to the modulator 7E issued. The modulator 7E is at the in 5 illustrated embodiment, a phase modulator, which has in the beam path over a large number of pixels, which can be controlled separately from each other. In this case, each signal component or each spectral signal component of the optical signal is provided with a predetermined phase shift Δφ. In one possible embodiment, the phase modulator becomes 7E formed by an LC phase modulator, ie it is manufactured in LC technology (liquid crystal). This LC phase modulator 7E is preferably driven by an electrical voltage. The modulated spectral signal components are transmitted through another optical lens, which is within a wavelength assembly unit 7F is provided, bundled and through an interference grating I of the wavelength assembly unit 7F assembled into an encrypted optical signal. The composite optical coded signal is from the modulation unit 7 over a transmission link 4 to the recipient 3 transfer. The phase modulation of the spectral components is made constant in a possible embodiment over a longer period of time.

Bei einer möglichen Ausführungsform wird die vorgenommene Phasenmodulation variiert, d. h. die Modulationsschlüsselfunktion wird gegebenenfalls über die Zeit verändert. Auf der Seite des Empfängers 3 werden dann die spektralen Signalanteile des empfangenen optischen Signals jeweils mit einer inversen Phasenmodulation beaufschlagt. Die jeweils benutzte Modulationsfunktion wird beispielsweise mit herkömmlichen Schlüsselübertragungsverfahren von dem Sender 2 zu dem Empfänger 3 auf einem separaten Nachrichtenübertragungskanal übertragen.In one possible embodiment, the phase modulation made is varied, ie the modulation key function is optionally changed over time. On the side of the recipient 3 Then, the spectral signal components of the received optical signal are each subjected to an inverse phase modulation. The modulation function used in each case becomes, for example, conventional key transmission methods from the transmitter 2 to the recipient 3 transmitted on a separate communication channel.

Bei einer alternativen Ausführungsform wird der Modulator 7B der Modulationseinheit 7 nicht durch einen Phasenmodulator gebildet, sondern durch einen Polarisationsmodulator. Dieser Polarisationsmodulator kann ebenfalls in LC-Technologie implementiert werden. Die Modulationseinheit 7 kann auch in planarer Technologie PLC implementiert werden. Die Phasenmodulation bzw. die Polarisationsrotation bzw. die Polarisationsmodulation kann mittels Materialien erfolgen, die einen elektrooptischen Effekt aufweisen, beispielsweise LiNbO₃.In an alternative embodiment, the modulator becomes 7B the modulation unit 7 not formed by a phase modulator but by a polarization modulator. This polarization modulator can also be implemented in LC technology. The modulation unit 7 can also be implemented in planar technology PLC. The phase modulation or the polarization rotation or the polarization modulation can be effected by means of materials which have an electro-optical effect, for example LiNbO ₃ .

6 zeigt eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemäßen optischen Verschlüsselungsvorrichtung 8. Bei dieser Ausführungsform weist die Modulationseinheit 7 einen optischen Zirkulator Z auf, d. h. ein nicht reziprokes optisches Element, welches Signalrichtungen voneinander trennt. Die Modulationseinheit 7 innerhalb der optischen Verschlüsselungseinrichtung 8 weist im Gegensatz zu der in 5 dargestellten Ausführungsform keine Wellenlängenzusammenführeinheit 7F auf. Dafür ist der Modulator 7E reflektierend aufgebaut. Die Wellenlängentrenneinheit 7D erfüllt gleichzeitig die Funktion der Wellenlängenzusammenführeinheit 7F gemäß 5, d. h. die Gitterlinsenanordnung führt sowohl die Trennung als auch die Zusammenführung der Signalanteile des optischen Signals durch. Bei einer weiteren nicht dargestellten Ausführungsform werden die Signalrichtungen auf unterschiedlichen Ebenen, beispielsweise senkrecht zur Zeichnungsebene geführt. Dabei wird der reflektierende Modulator 7E derart eingerichtet, dass er das optische Signal in einem Winkel zu den einfallenden Strahlen reflektiert. Bei dieser Ausführungsform wird kein Zirkulator Z benötigt. Der Modulator kann beispielsweise in der LC-Technologie implementiert werden. 6 shows a further embodiment of the optical encryption device according to the invention 8th , In this embodiment, the modulation unit 7 an optical circulator Z, ie, a non-reciprocal optical element which separates signal directions from each other. The modulation unit 7 within the optical encoder 8th contrary to the in 5 embodiment illustrated no wavelength assembly unit 7F on. That's what the modulator is for 7E built up reflective. The wavelength separation unit 7D simultaneously fulfills the function of the wavelength assembly unit 7F according to 5 That is, the grating lens arrangement performs both the separation and the merging of the signal components of the optical signal. In a further embodiment, not shown, the signal directions are performed at different levels, for example perpendicular to the plane of the drawing. In this case, the reflective modulator 7E configured to reflect the optical signal at an angle to the incident rays. In this embodiment, no circulator Z is needed. The modulator can be implemented, for example, in LC technology.

7 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel für eine optische Verschlüsselungsvorrichtung 8. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist der Modulator 7E selbst nicht reflektierend. Der Phasenmodulator wird beispielsweise auf LC basierend im Durchlass betrieben und das übertragene Signal wird mit Hilfe eines dahinter vorgesehenen Spiegels S zurückreflektiert. Die zurückreflektierten optischen Signalanteile durchlaufen den Modulator 7E erneut. Auf diese Weise wird das optische Signal zweimal moduliert, beispielsweise zweimal phasenmoduliert. 7 shows a further embodiment of an optical encryption device 8th , In this embodiment, the modulator is 7E not self-reflective. The phase modulator is operated, for example based on LC in the passage and the transmitted signal is reflected back using a mirror S provided behind. The reflected back optical signal components pass through the modulator 7E again. In this way, the optical signal is modulated twice, for example twice-phase modulated.

8 zeigt ein Blockschaltbild einer optischen Entschlüsselungsvorrichtung 11 innerhalb des in 2 dargestellten Empfängers 3. Die Demodulationseinheit 9 weist entsprechend der in 4 dargestellten Modulationseinheit 7 eine Wellenlängentrenneinheit 9A, einen Demodulator 9B und eine Wellenlängenzusammenführeinheit 9C auf. Der Demodulator 9B demoduliert das optische Signal in Abhängigkeit von einer inversen Modulationsschlüsselfunktion. Nach der Demodulation erfolgt durch einen Signalwandler 10 die Umwandlung des optisch entschlüsselten Signals in ein digitales Signal. 8th shows a block diagram of an optical decryption device 11 within the in 2 represented receiver 3 , The demodulation unit 9 indicates according to the in 4 shown modulation unit 7 a wavelength separation unit 9A , a demodulator 9B and a wavelength-merging unit 9C on. The demodulator 9B demodulates the optical signal in response to an inverse modulation key function. After the demodulation is done by a signal converter 10 the conversion of the optically decoded signal into a digital signal.

Bei der Phasenmodulation ist die Dateninformation bei DPSK-Modulationsverfahren in eine Differenz der optischen Phase zweier zeitlich getrennter Datenimpulse eincodiert. Wenn man zu dem optischen Signal eine zusätzliche Phasenmodulation aufprägt, beispielsweise mit der Hälfte der für das Nutzsignal verwendeten Phasendifferenz, werden die Datenbits für einen herkömmlichen Verzögerungsleitungsdemodulator undetektierbar. Erst eine zusätzliche Phasenmodulation mit dem inversen Phasenmuster ermöglicht die Detektion des Signals. Das Phasenmuster wird beispielsweise als Schlüssel von dem Sender 2 zu dem Empfänger 3 separat übertragen.In phase modulation, the data information is encoded in DPSK modulation method in a difference of the optical phase of two temporally separated data pulses. By adding additional phase modulation to the optical signal, for example half the phase difference used for the payload, the data bits for a conventional delay line demodulator become undetectable. Only an additional phase modulation with the inverse phase pattern allows the detection of the signal. The phase pattern becomes, for example, a key from the transmitter 2 to the recipient 3 transferred separately.

Die korrekte Detektion eines optischen Signals, beispielsweise mittels einer Fotodiode, erfordert, dass alle spektralen Komponenten des empfangenen Signals in der gleichen Polarisationsrichtung vorliegen, um am Ort der Fotodiode miteinander in Wechselwirkung zu treten. Bei der Verschlüsselung mittels Polarisationsmodulation durch den Effekt der Polarisationsmodendispersion PMD bzw. der differentiellen Gruppenverzögerung DGD (differential group delay) werden die Polarisationsrichtungen der spektralen Signalanteile unterschiedlich geändert. Durch Einfügen eines Polarisationsbauelementes mit einer genügend hohen differentiellen Gruppenverzögerung wird das übertragene optische Signal undetektierbar und kann erst nach Durchlaufen eines entsprechenden Bauelements mit inverser differentieller Gruppenverzögerung detektiert werden. Bei Verschlüsselungsvorrichtungen mit chromatischer Dispersion können in den optischen Signalpfad einschaltba re Bauelemente mit abgestufter differentieller Gruppenverzögerung zwischengeschaltet werden. Bei einer alternativen Ausführungsform wird eine Serie von polarisationserhaltenden Fasern verwendet, die über Polarisationssteller miteinander verbunden sind. Durch geeignete Einstellung der Polsteller kann die differentielle Gruppenverzögerung der Faserkette eingestellt werden, ohne dass die Einkopplung des optischen Signals verändert und umgeschaltet werden muss.The correct detection of an optical signal, for example by means of a photodiode, requires that all the spectral components of the received signal in the same direction of polarization, to interact with each other at the location of the photodiode. When encrypting using Polarization modulation by the effect of polarization mode dispersion PMD or the differential group delay DGD (differential group delay) become the polarization directions of the spectral signal components changed differently. By Insert a polarization component with a sufficiently high differential group delay becomes the transmitted optical signal undetectable and can only after passing through a corresponding device with inverse differential group delay detected become. For encryption devices with chromatic dispersion can in the optical signal path einschaltba re components with graduated differential group delay be interposed. In an alternative embodiment For example, a series of polarization-maintaining fibers is used that has polarization plates connected to each other. By suitable adjustment of the Polsteller can set the differential group delay of the fiber string be changed without the coupling of the optical signal and must be switched.

Bei einer möglichen Ausführungsform wird eine ausreichende Verzerrung des übertragenen optischen Signals erreicht, indem bei einem Signal mit der Datenübertragungsrate R_B (in GB/sec) der Betrag der differentiellen Gruppenverzögerung DGD mindestens 1.000/R_B (psec) beträgt.In one possible embodiment, sufficient distortion of the transmitted optical signal is achieved by, for a signal at the data rate R _B (in GB / sec), the amount of differential group delay DGD being at least 1000 / R _B (psec).

Bei einer möglichen Ausführungsform beträgt die Mindestabstufung der wählbaren differentiellen Gruppenverzögerungswerte 1.000/R_B (psec). Bei einem optischen Signal mit einer Übertragungsrate R_B von 10 GB/Sek. beträgt somit die minimale differentielle Gruppenverzögerung etwa 100 psec.In one possible embodiment, the minimum step of the selectable differential group delay values is 1,000 / R _B (psec). For an optical signal with a transmission rate R _B of 10 GB / sec. Thus, the minimum differential group delay is about 100 psec.

Bei einer möglichen Ausführungsform des erfindungsgemäßen optischen Verschlüsselungsverfahrens wird die Polarisation des Signals mit der Frequenz f kontinuierlich geändert. Bei einer alternativen Ausführungsform wird die Polarisation für verschiedene Spektralanteile unterschiedlich geändert bzw. codiert. Beispielsweise erfolgt nach Zerlegung des optischen Signals in seine spektralen Signalanteile eine Polarisation der jeweiligen Spektralanteile durch Umschalten von Wellenlängenverzögerungsplatten. Auf Seiten des Empfängers 3 wird dann dem optischen Signal die inverse Polarisationsmodulation aufgeprägt.In one possible embodiment of the optical encryption method according to the invention, the polarization of the signal with the frequency f is changed continuously. In an alternative embodiment, the polarization is changed or coded differently for different spectral components. For example, after decomposition of the optical signal into its spectral signal components, a polarization of the respective spectral components takes place by switching over wavelength delay plates. On the part of the recipient 3 Then the optical signal is impressed on the inverse polarization modulation.

9A zeigt ein empfangenes Datenbitmuster ohne Verschlüsselung bzw. Codierung. Das in 9A gezeigte Signal S1 ist das ursprüngliche Signal. Das Signal S2 ist das optische Signal nach einer Zerlegung in die spektralen Signalanteile, einer Phasenmodulation mit null Grad, d. h. ohne Verschlüsselung, und anschließender Zusammensetzung der spektralen Signalanteile. 9A shows a received data bit pattern without encryption or coding. This in 9A shown signal S1 is the original signal. The signal S2 is the optical signal after a decomposition into the spectral signal components, a phase modulation at zero degrees, ie without encryption, and subsequent composition of the spectral signal components.

Im Vergleich dazu zeigt 9B das ursprüngliche Signal S1 und ein empfangenes Signal nach spektraler Zerlegung, einer alternierenden Phasenmodulation zwischen null Grad Phase und 180 Grad Phase sowie einer Zusammensetzung des optischen Signals. Wie man aus 9B erkennen kann, weicht das verschlüsselte Signal S3 von dem ur sprünglichen Signal S1 erheblich ab, während das unverschlüsselte phasenmodulierte Signal S2 gemäß 9A dem ursprünglichen Signal S1 weitestgehend entspricht. Bei dem in 9A, 9B dargestellten Signal handelt es sich beispielsweise um ein 10 GB/Sek. NRZ-moduliertes Signal. Hierbei wird ein Phasenmodulator mit fünf Pixeln und einer Bandbreite von jeweils fünf GHz eingesetzt. Die Signale werden mit einer 7 GHz-Bandbreite gefiltert.In comparison shows 9B the original signal S1 and a received signal after spectral decomposition, an alternating phase modulation between zero degrees phase and 180 degrees phase and a composition of the optical signal. How to get out 9B the encrypted signal S3 deviates significantly from the original signal S1, while the unencrypted phase-modulated signal S2 according to FIG 9A corresponds to the original signal S1 as far as possible. At the in 9A . 9B The signal shown is, for example, a 10 GB / sec. NRZ-modulated signal. In this case, a phase modulator with five pixels and a bandwidth of five GHz is used. The signals are filtered with a 7 GHz bandwidth.

Die 10A, 10B zeigen die entsprechenden Augendiagramme. Wie man den Augendiagrammen entnehmen kann, ist die Augenweite bei dem empfangenen ursprünglichen Signal relativ groß, sodass das Signal leicht detektierbar ist. Bei dem verschlüsselten empfangenen optischen Signal ist das empfangene Auge geschlossen und das Signal nicht mehr detektierbar.The 10A . 10B show the corresponding eye diagrams. As can be seen from the eye diagrams, the eye width of the received original signal is relatively large, so that the signal is easily detectable. In the encrypted received optical signal, the received eye is closed and the signal is no longer detectable.

11A–11C zeigen Diagramme zur Erläuterung des erfindungsgemäßen Verfahrens zur optischen Verschlüsselung eines digitalen Signals, wobei die Signalparameter die Phase des optischen Signals moduliert wird. 11A zeigt beispielhaft eine Datensequenz eines DPSK-modulierten optischen Signals. 11B zeigt die zusätzlich vorgenommene Phasenmodulation zur Verschlüsselung des optischen Signals. 11C zeigt den daraus resultierenden Phasenverlauf des Signals. Da Datenänderungen von +/–90 Grad und +/–180 Grad auftreten, ist das ursprüngliche Signal nicht mehr detektierbar. 11A - 11C show diagrams for explaining the method according to the invention for the optical encryption of a digital signal, wherein the signal parameters, the phase of the optical signal is modulated. 11A shows by way of example a data sequence of a DPSK-modulated optical signal. 11B shows the additional phase modulation used to encrypt the optical signal. 11C shows the resulting phase curve of the signal. Since data changes of +/- 90 degrees and +/- 180 degrees occur, the original signal is no longer detectable.

Bei einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens bzw. des erfindungsgemäßen Systems zur verschlüsselten Übertragung von Daten wird beispielsweise die Amplitude des optischen Signals als Funktion der Zeit oder der Frequenz moduliert oder auch die Frequenz als Funktion der Zeit moduliert. Nach einer optischen Decodierung mit der entsprechenden Demodulationsfunktion liegt das optische Signal wieder in seiner ursprünglichen Form vor und kann seitens des Empfängers 3 zur Erzeugung des digitalen Signals decodiert werden.In a further embodiment of the method according to the invention or of the system according to the invention for the encrypted transmission of data, for example, the amplitude of the optical signal is modulated as a function of time or frequency, or else the frequency is modulated as a function of time. After optical decoding with the corresponding demodulation function, the optical signal is restored to its original form and can be received by the receiver 3 be decoded to generate the digital signal.

Das erfindungsgemäße Verfahrens eignet sich zur Datenübertragung eines beliebigen optischen Signals auf einem beliebigen optischen Signalträger.The inventive method is suitable for data transmission any optical signal on any optical Signal carrier.

Claims

Method for optical encryption an analog optical signal, wherein the analog optical signal through change at least one signal parameter depending on a secret Modulation key function is modulated.

The method of claim 1, wherein as a signal parameter the phase (φ) of the analog optical signal as a function of a frequency (f) of the analog optical signal is modulated.

The method of claim 1, wherein the modulation of the analog optical signal by interposing at least one Optical waveguide with chromatic dispersion takes place.

Method according to claim 3, wherein different optical waveguides each with different chromatic dispersion in succession be interposed.

The method of claim 4, wherein the order the intermediate optical waveguide is adjustable.

The method of claim 3, wherein the chromatic Dispersion of the respective optical waveguide is variable.

The method of claim 3, wherein the chromatic Dispersion of the respective optical waveguide is constant.

The method of claim 1, wherein the analog optical Signal is decomposed into spectral signal components, each with an associated one Phase modulated and then to a visually encrypted be synthesized analog optical signal.

The method of claim 1, wherein as a signal parameter the polarization of the analog optical signal in depen dence is modulated by a frequency (f) of the analog optical signal becomes.

The method of claim 9, wherein the modulation of the analog optical signal by interposing at least an optical waveguide with differential group delay takes place.

The method of claim 10, wherein different optical fibers each interposed with different differential group delay become.

The method of claim 11, wherein the order the intermediate optical waveguide is adjustable.

The method of claim 9, wherein the analog optical Signal is decomposed into spectral signal components, each with an associated one Polarization modulated and then to an optically encrypted be synthesized analog optical signal.

The method of claim 13, wherein the polarization modulation the spectral signal components by switching of wavelength retardation plates he follows.

The method of claim 1, wherein as a signal parameter modulates the phase of the analog optical signal as a function of time becomes.

The method of claim 1, wherein as a signal parameter the amplitude of the analog optical signal as a function of time is modulated.

The method of claim 1, wherein as a signal parameter the amplitude of the analog optical signal in dependence is modulated by a frequency (f) of the analog optical signal becomes.

Method according to Claim 1, wherein the frequency (f) of the analog optical signal is used as the signal parameter Signal is modulated as a function of time.

Method for decrypting a received analog optical signal, wherein the analog optical signal by means of a inverse secret modulation key function is demodulated.

The method of claim 19, wherein as signal parameters the phase of the received optical signal in dependence of a frequency (f) of the analog optical signal is demodulated becomes.

The method of claim 20, wherein the demodulation of the analog optical signal by interposing at least an optical waveguide with inverse chromatic dispersion takes place.

The method of claim 19, wherein as signal parameters the polarization of the received optical signal in dependence is demodulated from a frequency (f) of the received optical signal.

The method of claim 19, wherein as signal parameters the phase of the received optical signal as a function of time is demodulated.

The method of claim 19, wherein as signal parameters the amplitude of the received optical signal in dependence is demodulated from the frequency of the analog optical signal.

The method of claim 19, wherein as signal parameters the amplitude of the received optical signal as a function of Time is demodulated.

The method of claim 19, wherein as signal parameters the frequency of the received optical signal as a function of Time is demodulated.

System ( 1 ) for the encrypted transmission of a signal between a transmitter ( 2 ) and a receiver ( 3 ), whereby the transmitter ( 2 ) a modulation unit ( 7 ) for modulating the analog optical signal by changing at least one signal parameter in dependence on a secret modulation key function (MSF), the optical signal modulated by the secret modulation key function being transmitted by the transmitter ( 2 ) to the recipient ( 3 ), which is a demodulation unit ( 9 ) for demodulating the received analog optical signal by means of an inverse secret modulation key function (MSF ^-1 ).

A system according to claim 27, wherein the modulation key function (MSF) is provided by the transmitter ( 2 ) to the recipient ( 3 ) is transmitted on a separate message transmission path to form the secret inverse modulation key function (MSF ^-1 ).

Device for optical coding of an analog optical signal with a modulation unit ( 7 ) for modulating the analog optical signal by changing at least one signal parameter in dependence on a secret modulation key function (MSF).

Apparatus according to claim 29, wherein the modulation unit ( 7 ) a wavelength separation unit ( 7D ) for separating the analog optical signal into spectral signal components having different wavelengths (λ).

Apparatus according to claim 30, wherein the wavelength unit ( 7D ) an interference grating which reflects the spectral signal components of the analog optical signal in different directions as signal beams and has an optical lens which parallelizes the reflected signal beams of the spectral signal components of the analog optical signal.

Apparatus according to claim 29, wherein the modulation unit ( 7 ) a modulator ( 7E ) for modulating the spectral signal components of the optical signal as a function of the frequency.

Apparatus according to claim 32, wherein the modulator ( 7E ) is a phase modulator, which provides the parallelized signal beams of the spectral signal components for modulating the phase of the analog optical signal as a function of the frequency (f) in each case with a predetermined phase shift.

Apparatus according to claim 32, wherein the modulator ( 7E ) is a polarization modulator, which provides the parallelized signal beams of the spectral signal components for modulation of the polarization of the analog optical signal as a function of the frequency (f) in each case with a predetermined polarization.

Apparatus according to claim 32, wherein the modulator ( 7E ) is an LC modulator.

Apparatus according to claim 32, wherein the modulator ( 7E ) is driven by an electrical voltage.

Apparatus according to claim 29, wherein the modulation unit ( 7 ) a wavelength aggregation unit ( 7F ) for merging the modulated spectral signal components of the analog optical signal.

Apparatus according to claim 37, wherein said wavelength aggregation unit ( 7F ) an optical lens which focuses the modulated spectral signal components and has an interference grating which composes the collimated modulated spectral components into an optical signal.

Apparatus according to claim 31, wherein the modulator ( 7E ) through the optical lens of the wavelength separation unit ( 7D ) parallelized spectral signal components of the optical signal are reflected back to the optical lens, which transmits the modulated optical spectral signal components via the interference grating of the wavelength separation unit (FIG. 7D ), which composes the bundled modulated spectral signal components to form a modulated optical signal.

Device according to claim 31, characterized in that by the modulator ( 7E ) modulated spectral signal components of the optical signal through a mirror to the optical lens of the wavelength separation unit (US Pat. 7D ) which reflect the reflected spectral signal components for the interference grating of the wavelength separation unit (FIG. 7D ), which composes the bundled modulated spectral signal components to form a modulated optical signal.

Apparatus according to claim 29, wherein the modulation unit ( 7 ) has an optical circulator for separating the signal direction.

Device for optically decoding a received analog optical signal, comprising: a demodulation unit ( 9 ) for demodulating the received optical signal by means of an inverse secret modulation key function (MSF ^-1 ).