具有传感功能的多进制光纤保密通信系统

本发明涉及保密有线通信系统，尤其涉及一种基于sagnac效应的具有传感功能的多进制光纤保密通信系统。

背景技术：

1、包含光纤通信在内的传统的有线通信系统在物理上是不保密的，所谓的保密仅是对传输信号进行了加密和解密过程。现有一种基于sagnac干涉效应的物理上保密的光纤通信系统如图1所示，信号接收端由宽谱光源1、2*2单模光纤耦合器11和光电探测器9组成，宽谱光源1发出的恒定光强的短相干长度光束，入射到2*2单模光纤耦合器11,光纤耦合器11将入射光一分为二，耦合器11的输出上端口和输出下端口输出二束光，分别耦合进入数十至数百公里长的单模光纤光缆4的4-1端和单模光纤光缆5的5-1端，单模光纤光缆4和单模光纤光缆5的长度等长，二束光分别经单模光纤光缆4和单模光纤光缆5到达另一头的4-2端和5-2端，信号发射端由光经延迟线6、退偏振器12、信号相位调制器13组成，单模光纤光缆4的4-2端输出的光经退偏振器12、光纤延迟线6、信号相位调制器13输入至单模光纤光缆5的5-2端口；前述单模光纤光缆5的5-2端输出的光经信号相位调制器13、光纤延迟线6、退偏振器12、输入至单模光纤光缆4的4-2端口。单模光纤光缆5的5-2端口和单模光纤光缆4的4-2端口输入的二束光分别经长距离的单模光纤光缆5和单模光纤光缆4返回到5-1端口和4-1端口，5-1端口和4-1端口输出的二束光耦合到2*2单模光纤耦合器11的下端口和上端口，上端口和下端口的二束光由单模光纤耦合器11合成形成干涉信号，由单模光纤耦合器11的左侧端口输出，再由光电探测器9变为电信号输出。所需发送的电信号由加载在信号相位调制器13电极上，产生0和π的光相位改变分别代表数字信号“0”和“1”。由于光纤延迟线6的存在，此相位改变对相向而行的二路光不是同时的，采用阵发周期为光经过光纤延迟线6时间的二倍，可以在光电探测器9的电输出端还原双倍的发送信号。注意到在光纤中传送的是光相位信号，而不是光的强度信号，因此在光缆中途窃取单路光信号是无法还原成强度型的“0”和“1”信号的；如果在光缆中途窃取双路光信号，由于宽谱光源1的相干长度只有100μm量级，被窃取的双路光信号必须调整到二光束等距离至小于100μm的范围内，这是非常困难的。

2、但是，图1所示基于sagnac效应的光纤通信系统依然存在被窃听的可能性，例如采用具

3、有自动控制调节功能的迈克尔逊干涉仪。而且，该光纤通信系统的工作点偏置在零相位，对外界扰动不敏感。

技术实现思路

1、本发明的目的在于，解决现有基于sagnac效应光纤通信系统依然存在被窃听的可能性问题，提出具有传感功能的多进制光纤保密通信系统，其采用集成有高消光比的起偏器和光相位调制器的y型集成光学波导，光相位调制器置于高灵敏度偏置，使得通信系统本身就是一个高灵敏的扰动传感系统，可以有效地发现窃听行为的发生。同时，通信采用多进制的编码-解码方式，使得窃听变得极其困难。

2、为解决上述问题，本发明采用的技术方案是：

3、一种具有传感功能的多进制光纤保密通信系统，包括通过二根通信光缆连接的信号接收端和信号发射端，其中信号接收端由宽谱光源、三端口光纤环行器、三端口y型集成光学芯片光电探测器和多进制解码器组成；信号发射端由光纤延迟线、双端口偏振无关相位调制器和多进制编码器组成；

4、宽谱光源发出的光束，入射至所述三端口光纤环行器，由三端口光纤环行器的出射光至所述y型集成光学芯片输入端，经内部起偏、分束输出至二个保偏尾纤，保偏尾纤的主轴与所述y型集成光学芯片内部的输出波导形成45°角度耦合，形成二束退偏振光，二束退偏振光分别经二根所述单模光纤光缆到达所述信号发射端，经过所述信号发射端返回的二束光由所述y型集成光学芯片合成形成干涉信号，输出至所述三端口光纤环行器，经所述光电探测器变为电信号输出，再由所述多进制解码器还原为二进制“0”、“1”信号；

5、所述双端口偏振无关相位调制器电极上加有相移为π/2或者3π/2的本征频率方波。

6、进一步地，所述通信光缆是二根数十至数百公里长的等长度的单模光纤光缆。

7、进一步地，所述y型集成光学芯片内部的输入波导集成有起偏器，它的输出波导上集成有相位调制器，它的二个输出波导分别耦合二根保偏尾纤。

8、进一步地，所述保偏尾纤长度为米量级，二根保偏尾纤长度1：2。

9、进一步地，所述y型集成光学芯片和双端口偏振无关相位调制器为铌酸锂波导器件。

10、进一步地，所述宽谱光源为宽谱短相干长度的ase光纤光源，或者为sld半导体光源。

11、进一步地，所述光电探测器为pin探测器或apd探测器

12、本发明取得的有益效果为：

13、由于y型集成光学芯片内部的相位3-1加有π/2或者3π/2的本征偏置方波，所以窃听者对光纤的一个扰动带来的相位差都会非常灵敏地由光电探测器输出二个扰动信号，由这二个扰动信号的时间差可以定位扰动者的位置，因此通信系统在不使用通信功能时就是一个高灵敏度的定位传感器，同时由于y型集成光学芯片的保偏尾纤和保偏尾纤构成了退偏振器，使得可以使用偏振无关的相位调制器，可以用多个电位来表示多进制数。对于中途窃听信号而言，由于其光纤路径总长比正常通信光路短，即窃听者的位置不是sagnac干涉仪的本征频率，所以会得到一部分乱码，使得原本就非常困难的窃取变得几乎不可能，并且还有多进制到二进制解密的困难。图1是物理上的保密光纤通信系统，省去了加密-解密过程，实现了快速通信。

技术特征：

1.一种具有传感功能的多进制光纤保密通信系统，其特征在于，包括通过二根通信光缆连接的信号接收端和信号发射端，其中信号接收端由宽谱光源(1)、三端口光纤环行器(2)、三端口y型集成光学芯片(3)、光电探测器(9)和多进制解码器(10)组成；信号发射端由光纤延迟线(6)、双端口偏振无关相位调制器(7)和多进制编码器(8)组成；

2.根据权利要求1所述的具有传感功能的多进制光纤保密通信系统，其特征在于，所述通信光缆是二根数十至数百公里长的等长度的单模光纤光缆。

3.根据权利要求1所述的具有传感功能的多进制光纤保密通信系统，其特征在于，所述y型集成光学芯片内部的输入波导集成有起偏器，它的输出波导上集成有相位调制器，它的二个输出波导分别耦合二根保偏尾纤。

4.根据权利要求3所述的具有传感功能的多进制光纤保密通信系统，其特征在于，所述保偏尾纤长度为米量级，二根保偏尾纤长度1：2。

5.根据权利要求1所述的具有传感功能的多进制光纤保密通信系统，其特征在于，所述y型集成光学芯片(3)和双端口偏振无关相位调制器(7)为铌酸锂波导器件。

6.根据权利要求1所述的具有传感功能的多进制光纤保密通信系统，其特征在于，所述宽谱光源(1)为宽谱短相干长度的ase光纤光源，或者为sld半导体光源。

7.根据权利要求1所述的具有传感功能的多进制光纤保密通信系统，其特征在于，所述光电探测器为pin探测器或apd探测器。

技术总结
本发明公开一种具有传感功能的多进制光纤保密通信系统，包括宽谱光源、三端口环行器、三端口Y型集成光学芯片、光电探测器、多进制解码器组成、二根数十至数百公里长的等长度的单模光纤光缆、光纤延迟线、双端口偏振无关的相位调制器和多进制编码器组成，Y型集成光学芯片内部的相位调制器上加有相移为π/2或者3π/2的本征频率方波，以获得高灵敏度的传感功能；同时π/2或者3π/2的随意切换可以改变光信号的相位极性，窃听者对光路进行操作时该系统可以探测到窃听者的位置，在双端口相位调制器上加上的是由多进制编码的信号而不是“0”和“1”的二进制信号，从而极大地增加了窃听难度。

技术研发人员：周柯江,叶炜,徐正国,陈健
受保护的技术使用者：浙江大学湖州研究院
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15