全光纤语音传输系统及其保密性研究

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光纤通信系统是利用光纤作为传输媒质,由电磁载波来携带信息的一种光波传输系统。由于其具有通信容量大、频带宽、保密性能好、抗电磁干扰性强、重量轻、体积小等优点,光纤通信已成为一种重要的信息传输方式。近年来,随着野战通讯、军事保密、网络安全的进一步要求,光纤通信系统的保密性也越来越受到人们的重视。为了实现信息的保密性传输,目前采用的加密方式多为通过数学加密算法对信息进行加密、将混沌保密技术应用于光纤通信、量子保密通信技术等。 本课题所研究的全光纤语音传输系统无需经过语音信号转换成电信号、再调制光信号这一传统的声光调制过程,而是利用光纤的光弹效应直接进行声波的调制,实现音频信号的录入,体现了全光通信的理念。同时,由于本系统采用了白光干涉方法进行相位解调以及单芯传输的新型结构,系统本身无需加密,就具有信息传输的保密性。 本课题的主要工作和结论如下: (1)利用激光器、光调制器、耦合器、光探测器和光纤构造出一体化的全光语音传输系统。具体推导了系统的工作原理:当声压施加于光纤时,由于光纤的光弹效应,声压的作用导致光纤的长度和折射率发生了变化,从而引起感应光纤中传输光的相位的改变。利用白光干涉原理,通过设计干涉光路,使得光相位的改变转换为光强的变化,从而实现信号的解调。此外,本课题还对系统的保密性进行了理论分析,证明了通过窃取主干线所泄露的光强而进行信号的提取,以及构造相应干涉系统进行信号解调的方法均不能造成传输信号的失密,验证了系统的保密性。在对系统的工作原理及其保密性传输机理分析的基础上,通过实验验证了系统的工作原理,成功再现了300Hz-3400Hz范围内的单频正弦信号及实际语音(多频)信号的录入、传输、与还原过程,得到稳定的波形对比曲线及清晰的音质效果。该系统有望应用于距离为40公罩的点对点保密通信。 (2)通过理论计算与模拟,分析了影响系统灵敏度的因素。结果表明:在作为传感头的光纤最外层体积模量和杨氏模量固定的情况下,外层直径越大,灵敏度越高,并且随着直径的增大灵敏度趋于一个极限值。在杨氏模量和外层直径都固定的情况下,体积模量越大,灵敏度越小,并且随着体积模量的增大,灵敏度趋于一个极限值。同时,我们计算了全光纤话筒探头的形状对系统灵敏度的影响,得到以下结论:当光纤缠绕在圆柱形塑料圈上,探头的灵敏度随着缠绕光纤端圆柱半径的增大而减小,随着缠绕光纤端的圆柱长度的增大而增大。此项工作对光纤的敏化(光纤对声压响应的灵敏度提高)和钝化(光纤对声压响应的灵敏度降低)实验有着理论指导意义。 希望本课题的工作能够在研究全光通信以及光纤保密通信方面提供一些有用的信息。
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