《高速光子防火牆理論與關鍵技術研究》是依託上海交通大學，由楊學林擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：高速光子防火牆理論與關鍵技術研究
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：楊學林
- 依託單位：上海交通大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
光纖通信網路速度和容量不斷提高，而對大容量信息的安全處理目前還只能在電層和協定層進行。光子防火牆的目標是在光傳輸底層，針對高速光信號進行安全檢查，從光層消除大量的潛在網路攻擊，增強光纖網路的安全。光子防火牆客觀上要求對高速光信號進行模式識別。在國際上已實現了40Gb/s的光子防火牆,其中半導體光放大器（SOA）被作為光子防火牆的最基本光邏輯器件。由於SOA中光子與載流子相互作用的物理本質，制約了SOA邏輯器件的工作速度。為了解決對高速光信號的安全檢查，本項目將引入基於SOA的加速開關（turbo-switch）來提高光邏輯門的開關速度，從理論和實驗上研究加速開關的高速工作機制與新結構。進一步研究套用加速開關進行高速光信號的模式識別等關鍵技術，實現高速（80-160Gb/s）光子防火牆功能。同時，本項目還將探索新型、最佳化、可集成結構的高速光子防火牆系統。
結題摘要
隨著信息網路的高速發展使得光網路的通信容量飛速增加，目前在光網路節點處，仍然採用電子信號處理方式，存在著“光－電－光”轉換瓶頸以及能耗高、體積龐大等難題，正成為光網路發展的制約因素。光子防火牆能夠在光域內直接對光網路信號進行信號識別和路由，大幅度提高了網路節點的安全處理能力，而且在功耗、體積和重量方面比現有技術可大大降低，被認為是新一代網路安全的關鍵技術之一。在理論方面，本項目研究了半導體光放大器（SOA）中的超快回響特性，建立了基於SOA中載流子的時域和頻域仿真模型，重點研究了SOA在超短光脈衝作用下，其載流子的消耗、載流子的加熱以及光譜燒孔等各類弛豫物理過程對其超快回響的影響因素，研究結果揭示了基於SOA的加速開關工作本質，並方便設計、最佳化新型的加速開關結構和性能。在理論上首次考慮了SOA增益的空間不均勻性、延時干涉（DI）與加速開關的結合、以及SOA的飽和特性等要素對加速開關頻率回響（頻寬）的影響，進一步作了系統的理論分析和數值仿真。 這兩個時域和頻域模型將為實現超高速波長轉換及其他超高速光信號處理奠定了理論基礎，為實現靈活光控提供了新的途徑。另外，本項目還探討了新型光子防火牆的架構，擬充分利用光路的串並特性，提高光子防火牆的可靈活操控特性。在實驗研究方面，本項目針對光子防火牆在超高速、靈活調控、器件集成等涉及的科學問題，研究了80-100Gb/s 全光開關及邏輯器件及其組合效果，嘗試了全光高速SOA器件在同一晶片上的集成方法，並首次製作了基於加速開關的原型光子集成晶片。基於以上高速器件，實驗驗證了80Gb/s的“與”和“異或”邏輯門，這些器件都成為下一代光子防火牆的核心器件。研究成果總結如下：提出了基於加速開關的超高速全光邏輯開關的集成結構，研製出了原型集成器件，並實現了高速全光器件的實驗驗證。項目執行期間，發表SCI/EI論文31篇，其中發表包括於著名國際期刊IEEE-JSTQE、IEEE-PTL上的論文在內的SCI論文9篇，EI/ISTP收錄論文22篇。另外，申請中國發明專利1項，出版英文專著1章，並將該研究成果在國際學術會議作特邀報告總計10次。
