全光异或加密方案的实现主要是利用介质的非线性效应,例如HNLF(高非线性光纤)凯时娱乐登录首页凯时娱乐登录首页、SOA (半导体光放大器)等的非线性特性。基于这些非线性介质的异或加密方案主要有两种:一种是基于介质本身的非线性效应实现异或加密,另一种是基于非线性介质所辅助的干涉仪结构实现异或加密凯时娱乐登录首页凯时娱乐登录首页。
图2 所示为基于HNLF 克尔效应的全光异或加密方案框图[1]。在HNLF 输入端,控制信号光A凯时娱乐登录首页、B 和连续探测信号光C 同时注入HNLF,其中A、B 的偏振方向相互垂直,且它们分别与C 的偏振方向成45°夹角。在HNLF 输出端设置一个方向与C 的初始偏振方向相互垂直的偏振检偏器。若A和B 同为“0”,则C 得不到调制,其偏振方向保持不变,经过检偏器后输出“0”;若A 和B 一个为“1”凯时娱乐登录首页,另一个为“0”凯时娱乐登录首页凯时娱乐登录首页,则光纤的克尔效应将导致“1”码信号偏振方向与“0”码信号偏振方向的折射率差异,这种双折射效应使得C 的偏振方向发生旋转凯时娱乐登录首页,经过检偏器后输出“1”;若A 和B 同为“1”,则由它们所引起的双折射效应相互抵消凯时娱乐登录首页,C 的偏振方向保持不变,经过检偏器后输出“0”。指定信号A、B 分别代表数据光信号和密钥光信号凯时娱乐登录首页,则上述操作就实现了对数据光信号的异或加密运算凯时娱乐登录首页。
由于HNLF 具有超快的响应速度(飞秒量级)和极高的非线性效应,因此该加密方案的运算速率理论上可以达到100 Gbit/s 以上。文献[2]中采用高非线性氧化铋玻璃光纤凯时娱乐登录首页,通过实验成功验证了基于光纤FWM(四波混频)效应的全光CDMA(码分多址)加解密系统。然而在该加密方案中凯时娱乐登录首页,光纤的使用导致异或门体积相对较大凯时娱乐登录首页,结构复杂凯时娱乐登录首页凯时娱乐登录首页,难以集成。
图3 所示为基于SOA-XGM(交叉增益调制)效应的异或加密方案框图。SOA 中的XGM 来自于它的增益饱和效应凯时娱乐登录首页,两路波长相同的光信号A凯时娱乐登录首页、B分别作为数据光信号和密钥光信号凯时娱乐登录首页凯时娱乐登录首页,经过放大形成强泵浦光后分别从SOA1 和SOA2 的右端输入对它们进行增益调制凯时娱乐登录首页,使得SOA1 实现A 和B 非的与逻辑运算功能,SOA2 实现A 非和B 的与逻辑运算功能。两路信号在1 端口耦合相加,输出即为密钥B 对数据A 的异或加密结果凯时娱乐登录首页。
该加密方案无需输入额外的光束,且对偏振不敏感,但由于XGM 效应引起的啁啾特性,该方案难以获得高消光比的加密运算结果凯时娱乐登录首页。文献[3]中提出并验证了基于SOA-XGM 的异或门全光加解密系统,对10 Gbit/s 的数据信号进行了全光加解密运算,加解密输出消光比分别为7 和5.5 dB凯时娱乐登录首页。
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