一種基于純相位型的光學(xué)加密-解密系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于光學(xué)信息處理領(lǐng)域，涉及一種實(shí)現(xiàn)純相位型光學(xué)加密-解密系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的快速發(fā)展，信息安全問題已經(jīng)凸顯為一個重要的議題，得 到國內(nèi)外研宄者的廣泛關(guān)注。與傳統(tǒng)基于電子手段的信息安全技術(shù)相比，采用光學(xué)信息安 全技術(shù)具有信息容量大、高速并行等優(yōu)勢。此外，由于光本身具有振幅、頻率、相位、偏振等 多重信息，因此，采用光學(xué)信息進(jìn)行加密-解密本身具有高安全性的潛力。目前，針對采用 光學(xué)信息進(jìn)行加密-解密，國內(nèi)外研宄者已經(jīng)提出了多種信息加密-解密的辦法，主要包括 基于雙隨機(jī)相位編碼的加密-解密方法、基于分?jǐn)?shù)階傅里葉變換的加密-解密方法、基于菲 涅爾變換的信息加密-解密方法、基于聯(lián)合變換原理的信息加密-解密方法和基于數(shù)字全 息技術(shù)的信息加密-解密方法等。然而，上述信息加密-解密方法主要存在以下缺點(diǎn)：（1) 對于上述大部分信息加密-解密方法而言，其加密獲得的編碼結(jié)果一般為復(fù)振幅形式，既 包含振幅信息的編碼，也包含相位信息的編碼，這就必然導(dǎo)致了記錄、傳輸和解密編碼信息 的不便；（2)針對上述大部分信息加密-解密方法而言，整個加密-解密系統(tǒng)一般基于4f?系 統(tǒng)，整個系統(tǒng)相對較復(fù)雜，且對各個元器件位置的精確對準(zhǔn)要求高；(3)上述各種加密-解 密方法其加密-解密系統(tǒng)的靈活性相對較差。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 針對現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，本發(fā)明的目的是提供一種基于純相位型的光學(xué)加 密-解密系統(tǒng)，以解決傳統(tǒng)信息加密-解密方法中記錄、傳輸編碼信息不便、加密-解密系 統(tǒng)靈活性相對較差等不足，實(shí)現(xiàn)信息加密-解密的高安全性、快速性和方便性。
[0004] 本發(fā)明的技術(shù)方案是，
[0005] -種基于純相位型的光學(xué)加密-解密系統(tǒng)，包括相干光源、準(zhǔn)直系統(tǒng)、3dB光學(xué)分 束器、偏振旋轉(zhuǎn)器、相位生成器、相位生成器控制模塊、相位復(fù)原生成器、光學(xué)合束器、起偏 器、光電探測模塊和相位恢復(fù)控制模塊；
[0006] 相干光源輸出的光束首先通過準(zhǔn)直系統(tǒng)準(zhǔn)直輸出，隨后注入到3dB光學(xué)分束器； 3dB光學(xué)分束器將準(zhǔn)直輸出的光束按照50:50的分束比分為兩束；一路光束經(jīng)過第一偏振 旋轉(zhuǎn)器入射到相位生成器，相位生成器連接有相位生成器控制模塊，通過相位生成器控制 模塊給相位生成器施加控制程序，相位生成器控制模塊一方面將待加密-解密的光學(xué)信息 按照一定的編碼方式轉(zhuǎn)換為純相位信息，施加到相位生成器上；另一方面，相位生成器控制 模塊產(chǎn)生對光學(xué)信息進(jìn)行加密的純相位密鑰，施加到相位生成器上；這樣，待加密-解密的 光學(xué)信息隱藏在純相位密鑰中，完成對整個光學(xué)信息的純相位加密；經(jīng)過3dB光學(xué)分束器 后的另一路光束經(jīng)過第二偏振旋轉(zhuǎn)器后入射到相位復(fù)原生成器，隨后反射至第三偏振旋轉(zhuǎn) 器；經(jīng)相位生成器加密后的光束和第三偏振旋轉(zhuǎn)器透射的光束在光學(xué)合束器上進(jìn)行合成； 合成后的光束經(jīng)過起偏器后入射到光電探測模塊；光電探測模塊將光信號轉(zhuǎn)換為電信號， 隨后伺服給相位恢復(fù)控制模塊；相位恢復(fù)控制模炔基于一定的評價函數(shù)和優(yōu)化算法不斷調(diào) 整相位復(fù)原生成器上的波前分布，實(shí)現(xiàn)對所需波前信息的復(fù)原；通過將相位復(fù)原生成器上 最終恢復(fù)的波前與加密系統(tǒng)的密鑰相減，便能夠解密得到真實(shí)的光學(xué)信息。
[0007] 本發(fā)明所述的相干光源為一個單頻、單偏振的激光種子源，激光種子源類型不限， 可以是固體激光器、氣體激光器、光纖激光器等不同類型激光種子源；種子源的輸出波長不 限；
[0008] 本發(fā)明所述的準(zhǔn)直系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)方式多樣，可以是單個準(zhǔn)直透鏡，也可以是多透鏡組 合而成的準(zhǔn)直系統(tǒng)；準(zhǔn)直系統(tǒng)中透鏡材料的選擇不限，可以是石英材料、K9材料等；
[0009] 本發(fā)明所述的3dB光學(xué)分束器其種類不限，可以是偏振不敏感的分光棱鏡、偏振 不敏感的分束鏡等；3dB光學(xué)分束器的材料選擇不限，可以是釩酸釔、方解石、偏硼酸鋇、石 英材料、K9材料等；
[0010] 本發(fā)明所述的偏振旋轉(zhuǎn)器類型不限，可以是半波片或者其他具有偏振態(tài)旋轉(zhuǎn)功能 的器件；所述的偏振旋轉(zhuǎn)器材料不限，可以是石英材料、K9材料等；
[0011] 本發(fā)明所述的相位生成器是產(chǎn)生所需相位分布的裝置，其實(shí)現(xiàn)方式不限，可以采 用純相位型液晶空間光調(diào)制器，也可以采用其他能夠產(chǎn)生所需相位分布的裝置；
[0012] 本發(fā)明所述的相位生成器控制模塊通過快速程序控制模塊控制相位生成器產(chǎn)生 所需的相位分布；其作用主要體現(xiàn)在兩個方面：（1)將待加密-解密的光學(xué)信息按照一定的 編碼方式轉(zhuǎn)換為純相位信息（編碼方式例如，若待加密-解密光學(xué)信息為一副圖像，其灰度 值范圍為0-255,則可以將圖像的灰度值大小與0到JT之間相位的大小按照一定的比例關(guān) 系對應(yīng)），施加到相位生成器上；（2)產(chǎn)生對光學(xué)信息進(jìn)行加密的純相位密鑰，施加到相位 生成器上；
[0013] 本發(fā)明所述的相位復(fù)原生成器實(shí)現(xiàn)方式不限，可以采用純相位型液晶空間光調(diào)制 器，也可以采用其他能夠依據(jù)算法控制產(chǎn)生特定相位分布的裝置；
[0014] 本發(fā)明所述的光學(xué)合束器種類和實(shí)現(xiàn)方式不限，可以是偏振不敏感的合束棱鏡、 偏振不敏感的合束片，也可以是偏振合束片、偏振合束棱鏡等，其具體選擇根據(jù)實(shí)際搭建的 系統(tǒng)確定；光學(xué)合束器的材料選擇不限，可以是釩酸釔、方解石、偏硼酸鋇、石英材料、K9 材料等；
[0015] 本發(fā)明所述的起偏器實(shí)現(xiàn)方式不限，可以是中性起偏器，半波片與偏振分束器的 組合等；其材料選擇不限，可以是石英材料、K9材料等；
[0016] 本發(fā)明所述的光電探測模塊將接受到的光信號轉(zhuǎn)換為電信號，其種類和響應(yīng)材料 有多種選擇，只需激光波長在其相應(yīng)波段內(nèi)；
[0017] 本發(fā)明所述的相位恢復(fù)控制模塊根據(jù)光電探測模塊轉(zhuǎn)換后的電信號，基于一定的 評價函數(shù)和優(yōu)化算法實(shí)現(xiàn)對所需波前信息的復(fù)原；其評價函數(shù)選取多樣，可以是光電探測 模塊轉(zhuǎn)換后電信號的PV值、極值等；相位恢復(fù)控制模塊中優(yōu)化算法實(shí)現(xiàn)方式多樣，可以是 模擬退火算法、隨機(jī)并行梯度下降算法等。
[0018] 本發(fā)明的有益技術(shù)效果：
[0019] 1、本發(fā)明提供了一種基于純相位型的光學(xué)加密-解密系統(tǒng)；與傳統(tǒng)光學(xué)信息加密 中編碼結(jié)果為復(fù)振幅形式相比，此系統(tǒng)只對相位信息進(jìn)行編碼，避免了傳統(tǒng)信息加密-解 密技術(shù)中記錄、傳輸編碼信息困難等問題；
[0020] 2、與傳統(tǒng)的光學(xué)信息加密-解密技術(shù)相比，本發(fā)明提供的純相位型光學(xué)加密-解 密系統(tǒng)采用相干合成系統(tǒng)，避免了基于4f系統(tǒng)進(jìn)行光學(xué)信息加密-解密的復(fù)雜性；
[0021] 3、本發(fā)明提供的純相位型光學(xué)加密-解密系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)方式多樣；依據(jù)本發(fā)明的原理 示意圖，在實(shí)際系統(tǒng)中，既可以采用Mach-Zehnder干涉儀型的相干合成系統(tǒng)完成光學(xué)信 息的解密，也可以采用相干偏振合成系統(tǒng)完成光學(xué)信息的解密；
[0022] 4、本發(fā)明提供的純相位型光學(xué)加密-解密系統(tǒng)其光學(xué)信息解密基于自適應(yīng)優(yōu)化 算法，避免了人為因素導(dǎo)致的解密誤差；自適應(yīng)優(yōu)化過程中評價函數(shù)的選取具有多樣性，優(yōu) 化算法的選取具有多樣性；
[0023] 5、本發(fā)明提供的純相位型光學(xué)加密-解密系統(tǒng)密鑰選擇具有很高的靈活性。
【附圖說明】
[0024] 圖1為本發(fā)明的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理示意圖。
[0025] 圖中：1、相干光源；2、準(zhǔn)直系統(tǒng)；3、3dB光學(xué)分束器；4-1、第一偏振旋轉(zhuǎn)器；4_2、 第二偏振旋轉(zhuǎn)器；4-3、第三偏振旋轉(zhuǎn)器；5、相位生成器；6、相位生成器控制模塊；7、相位復(fù) 原生成器；8、光學(xué)合束器；9、起偏器；10、光電探測模塊；11、相位恢復(fù)控制模塊。
[0026] 由圖1可得：在實(shí)際系統(tǒng)中，若光學(xué)合束器8為偏振不敏感的合束棱鏡或偏振不敏 感的合束片，則整個光學(xué)加密-解密系統(tǒng)基于Mach-Zehnder干涉儀型的相干合成系統(tǒng)；若 光學(xué)合束器8為偏振合束片或偏振合束棱鏡，則整個光學(xué)加密-解密系統(tǒng)基于相干偏振合 成系統(tǒng)。
【具體實(shí)施方式】
[0027] 參照附圖1，為本發(fā)明一種基于純相位型的光學(xué)加密-解密系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)原理圖，如 圖所不，本系統(tǒng)包括相干光源1、準(zhǔn)直系統(tǒng)2、3dB光學(xué)分束器3、第一偏振旋轉(zhuǎn)器4-1、第二偏 振旋轉(zhuǎn)器4-2、第三偏振旋轉(zhuǎn)器4-3、相位生成器5、相位生成器控制模塊6、相位復(fù)原生成器 7、光學(xué)合束器8、起偏器9、光電探測模塊10和相位恢復(fù)控制模塊11 ;
[0028] 相干光源1輸出的光束首先經(jīng)過準(zhǔn)直系統(tǒng)2準(zhǔn)直輸出，隨后注入到3dB光學(xué)分束 器3。3dB光學(xué)分束器3將準(zhǔn)直輸出的光束等比例的分為兩束；一路光束經(jīng)過第一偏振旋轉(zhuǎn) 器4-1入射到相位生成器5。由于對于基于純相位型液晶空間光調(diào)制器的相位生成器5,