半导体光放大器实现全光NRZ-DPSK信号的四波混频加密解密

本文主要探讨了在半导体光放大器（SOA）中利用四波混频（FWM）技术实现全光加密/解密对于非归零差分相移键控（NRZ-DPSK）信号的潜力。作者Xuelin Yang、Peng Zhou、Xiaonan Hu和Weisheng Hu来自上海交通大学的先进光学通信系统与网络国家实验室，电子工程系，他们在10 Gbit/s的数据速率下展示了如何通过全光异或逻辑（XOR）来处理NRZ-DPSK信号的加密和解密过程。 研究的核心是利用SOA中的非线性效应，即四波混频现象，这是一种非线性光学过程，当两个或多个光波在特定条件下相互作用时，会产生新的频率组合。在这个案例中，非归零的相位变化（NRZ）DPSK信号被设计为输入，其特点是每个码元包含两个不同的相位状态，这在传统电子设备中是通过伪随机比特流生成的。 通过这种方式，光信号在SOA内进行全光操作，无需借助电子元件进行转换，提高了系统的效率和安全性。全光异或逻辑在这里扮演了关键角色，它是一种无损且高效的信息处理方式，利用SOA中FWM产生的新频率成分来实现对原始信号的加密。在加密阶段，输入的NRZ-DPSK信号通过XOR逻辑与一个预先设定的密钥信号进行交互，生成一个无法直接读取的混淆信号；而在解密过程中，同样的FWM过程可以逆向操作，恢复出原始的信息。 这种全光加密方案的优势在于它的实时性和抗干扰能力，因为整个过程都在光域完成，避免了传统电子系统可能面临的信号衰减、噪声干扰以及电子设备的易受攻击性。此外，由于光信号具有高速传输特性，这种技术在高速数据通信领域具有巨大的应用潜力，比如在光纤网络中提供更高级别的信息安全保护。 这篇研究论文为基于半导体光放大器的四波混频技术在全光信息处理中的应用提供了创新的思路，尤其是在非归零差分相移键控信号的加密和解密方面。它不仅展示了光通信技术的前沿发展，也对未来安全通信系统的设计和实现提供了新的理论基础。