基于半導(dǎo)體光放大器的全光異或邏輯門及加密解密技術(shù).pdf

1、隨著通信技術(shù)的飛速發(fā)展，信息安全的重要性日愈突出。由于從光器件和光纜等物理層入手，光信號(hào)容易被泄露或竊聽(tīng)，這將對(duì)光網(wǎng)絡(luò)安全造成威脅。對(duì)傳輸?shù)墓庑盘?hào)進(jìn)行加密處理可以提高數(shù)據(jù)的安全性。傳統(tǒng)的光加密系統(tǒng)依賴于光電轉(zhuǎn)換的邏輯電路，而電子器件在處理高速信號(hào)時(shí)存在“電子瓶頸”。全光信號(hào)處理由于只在光域?qū)π盘?hào)進(jìn)行處理，不僅可以避免復(fù)雜的光電光轉(zhuǎn)換，還可以減少處理高速光信號(hào)帶來(lái)的時(shí)延。作為其重要部分，全光邏輯門特別是全光異或（Exclusive-or，

2、XOR）邏輯門在數(shù)據(jù)加密解密等方面扮演重要作用。半導(dǎo)體光放大器（SemiconductorOptical Amplifier，SOA）非線性效應(yīng)高且易于集成，非常適合用來(lái)實(shí)現(xiàn)全光XOR邏輯門。
　　本文將研究基于SOA實(shí)現(xiàn)高速全光XOR邏輯門的新方法，并在此基礎(chǔ)上進(jìn)行全光信號(hào)的加密與解密實(shí)驗(yàn)。具體工作如下：
　?。?）建立了基于加速開(kāi)關(guān)頻域模型；探究了SOA個(gè)數(shù)對(duì)多個(gè)級(jí)聯(lián)SOA開(kāi)關(guān)速率的影響。由于SOA的內(nèi)部有限的載流子恢復(fù)

3、時(shí)間制約了其工作速度，而基于SOA的新型開(kāi)關(guān)結(jié)構(gòu)——加速開(kāi)關(guān)能夠有效提高其響應(yīng)速度。我們建立了加速開(kāi)關(guān)的頻域模型，考慮了SOA內(nèi)部增益的不均勻性；通過(guò)對(duì)小信號(hào)頻率響應(yīng)曲線進(jìn)行數(shù)值仿真和理論分析，理論預(yù)計(jì)了加速開(kāi)關(guān)的工作帶寬。進(jìn)行了多個(gè)級(jí)聯(lián)SOA開(kāi)關(guān)的實(shí)驗(yàn)，分析了SOA個(gè)數(shù)對(duì)開(kāi)關(guān)響應(yīng)速度的影響。
　?。?）結(jié)合加速開(kāi)關(guān)和雙超快速非線性干涉儀（Dual Ultrafast Nonlieaner Interferometer，UNI），

4、進(jìn)行了85Gbit/s的全光XOR邏輯門實(shí)驗(yàn)，從實(shí)驗(yàn)上驗(yàn)證了加速開(kāi)關(guān)可以提高基于SOA的全光XOR邏輯門的速率。同時(shí)，提出了一種基于加速開(kāi)關(guān)的新型XOR邏輯門設(shè)計(jì)方案，即在馬赫-曾德干涉儀（Mach-Zehnder Interferometr，MZI）的上下臂各放置一個(gè)加速開(kāi)關(guān)作為非線性器件，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，性能穩(wěn)定，有望實(shí)現(xiàn)高速全光XOR邏輯門。
　?。?）利用SOA的四波混頻效應(yīng)（Four Wave Mixing，F(xiàn)WM），首次提