CN101764648B - 保偏即插即用量子保密通信系统 - Google Patents
保偏即插即用量子保密通信系统 Download PDFInfo
- Publication number
- CN101764648B CN101764648B CN201010114250XA CN201010114250A CN101764648B CN 101764648 B CN101764648 B CN 101764648B CN 201010114250X A CN201010114250X A CN 201010114250XA CN 201010114250 A CN201010114250 A CN 201010114250A CN 101764648 B CN101764648 B CN 101764648B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- polarization
- transmitting terminal
- receiving terminal
- clock
- wavelength division
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
- 238000004891 communication Methods 0.000 title claims abstract description 18
- 230000010287 polarization Effects 0.000 claims abstract description 29
- 239000013307 optical fiber Substances 0.000 claims abstract description 24
- 239000000835 fiber Substances 0.000 claims abstract description 17
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 claims description 7
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 abstract description 4
- 238000001514 detection method Methods 0.000 abstract description 3
- 206010070670 Limb asymmetry Diseases 0.000 abstract 1
- 230000033228 biological regulation Effects 0.000 abstract 1
- 238000000034 method Methods 0.000 description 8
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 4
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 3
- 230000001360 synchronised effect Effects 0.000 description 3
- 238000001069 Raman spectroscopy Methods 0.000 description 2
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 206010020751 Hypersensitivity Diseases 0.000 description 1
- 238000000149 argon plasma sintering Methods 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 230000002596 correlated effect Effects 0.000 description 1
- 230000008878 coupling Effects 0.000 description 1
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 description 1
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 description 1
- 230000001934 delay Effects 0.000 description 1
- 238000001914 filtration Methods 0.000 description 1
- 230000002452 interceptive effect Effects 0.000 description 1
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 description 1
- 230000005693 optoelectronics Effects 0.000 description 1
- 230000006641 stabilisation Effects 0.000 description 1
- 238000011105 stabilization Methods 0.000 description 1
Images
Landscapes
- Optical Communication System (AREA)
Abstract
一种保偏即插即用量子保密通信系统，包括通过单模光纤连接的发送端装置和接收端装置，其特征在于：在所述的发送端装置设置了由保偏光纤构成的不等臂长的双臂的MZ干涉仪和波分复用器；在所述的接收端装置包括末端设置了法拉第反射镜、接收端相位调制器、接收端波分复用器。本发明的优点是：利用保偏光纤实现出射光偏振的自动初始化，保证了偏振和干涉的稳定，无需人为调节。另外利用波分复用技术将时钟光和信号光通过一路光纤传输，节约了信道成本，提高了光纤利用率，避免了不同光纤中的相对抖动带来的影响，并且利用锁相环技术和滤波技术有效的消除了时钟信号脉冲对单光子探测的影响。
Description
技术领域
本发明涉及量子保密通信类，具体是在“即插即用(plug-play)”双向相位编码系统中，利用保偏光纤作为系统起偏装置，并通过波分复用技术实现时钟光脉冲和信号光脉冲在同一根光纤中传输，在此技术的基础上，可以实现适用于实际用户使用和现行光纤网络的量子保密通信系统。
背景技术
量子保密通信是绝对安全的通信方式，它的安全性是由量子力学的基本原理保证的。信息加载于单光子上，并由单光子进行传输，由于测不准原理和未知量子态不可克隆，窃听者就不可能进行复制、分离、监听等操作，从而保证了信息交换的绝对安全。
量子保密通信的编码方式主要有相位编码、偏振编码和纠缠对编码等方式，本方法是基于相位编码的。与相位编码相比，偏振编码面临的一个主要困难在于光纤中的偏振模式色散将导致偏振态随即抖动，必须进行主动控制；而纠缠对编码受困于光源亮度和信道中的消相干等问题，目前离实用化还有一定的距离。
相位编码是利用对单光子进行相位调制，并通过单光子干涉完成密钥生成，其难点在于需要对光程和偏振进行精密控制以保证相位稳定。
随着量子保密通信系统逐渐的走向实用，需要对系统的操作性和成本做更多的考虑，在操作性上，以往的系统每次运行都需要使用者初始化偏振以获得最高的干涉对比度，其做法是手动调节偏振控制器，这对于普通用户来说显然是不通用的。从成本上说，以往的系统都是将时钟脉冲和信号脉冲分成两个光纤通道传输，这不仅会增加成本，而且两根长距离光纤会导致相对相位漂移，影响同步质量，如果能将两者复用到一根光纤，将大大减少系统的光纤租用成本提高系统稳定性。
发明内容
本发明的目的是针对上述现有技术的不足之处，提出利用保偏光纤搭建发送端的不等臂M-Z干涉仪。使得发送端的光偏振自动保持稳定，另外为了提高光纤利用率，采用波分复用的办法将时钟光脉冲和信号光脉冲在同一光纤信道中传输。
本发明目的由以下技术方案实现：一种保偏即插即用量子保密通信系统，包括通过单模光纤连接的发送端装置和接收端装置，其特征在于：所述的发送端装置包括信号激光器、衰减器、单光子探测器、由保偏光纤构成的不等臂长的M-Z干涉仪、发送端相位调制器、滤波器、时钟激光器和发送端波分复用器，在该MZ干涉仪的输入端和输出端分别通过一个分束器连接，信号激光器通过衰减器与MZ干涉仪的输入端连接，单光子探测器通过信号环行器连接在该MZ干涉仪的输入端；在该MZ干涉仪的输出端后面依次连接发送端相位调制器、滤波器和发送端波分复用器，该发送端波分复用器的输入端与发送端时钟激光器连接，并用发送端时钟检测器通过发送端时钟环行器对发送端时钟激光器的时钟光脉冲信号进行检测；所述的接收端装置包括末端的法拉第反射镜、接收端相位调制器、接收端波分复用器、接收端时钟激光器和接收端检测器，法拉第反射镜通过接收端相位调制器与接收端波分复用器的输出端连接，该接收端波分复用器的输出端与接收端时钟激光器连接，并用接收端检测器通过接收端环行器对接收端时钟激光器的光脉冲信号进行检测。
所述的信号激光器为中心波长1550nm的半导体激光器；所述的发送端和接收端的时钟激光器均为中心波长为1310n m的半导体激光器；所述的发送端和接收端的波分复用器均为1310/1550nm的波分复用器。
所述的分束器为光纤耦合器50/50分束器。
所述的滤波器为窄线宽的1550nm滤波器。
采取上述技术方案后，将半导体激光器发出的脉冲光送入由保偏光纤构成的不等臂长的MZ干涉仪，通过法拉第反射镜反射后，返回光的偏振方向与入射光正交，因此偏振抖动在这个光纤系统中是自动补偿的。并且自动实现了偏振态初始化，无需人为调节。
利用波分复用技术，在发送端将用于光同步的时钟脉冲耦合到单光子光纤信道传输，为了消除背向散射即拉曼效应对单光子信号探测带来的影响，在耦合处添加了光滤波器件。在接收端将时钟脉冲解复用，再使用锁相环电路同步时钟和信号。
本发明的优点是：利用保偏光纤实现出射光偏振的自动初始化，保证了偏振和干涉的稳定，无需人为调节。另外利用波分复用技术将时钟光和信号光通过一路光纤传输，节约了信道成本，提高了光纤利用率，避免了不同光纤中的相对抖动带来的影响，并且利用锁相环技术和滤波技术有效的消除了时钟信号脉冲对单光子探测的影响。
本发明巧妙了利用了双M-Z干涉仪和法拉第旋转镜解决了现有技术中相位编码利用对单光子进行相位调制存在的相位不稳定的问题，使得系统可以长时间保持稳定。
附图说明
图1为保偏即插即用量子保密通信系统构成原理图，其中部为发送端光路结构图，下部为接收端光路结构图；
图2干涉时间-路径关系图。
具体实施方式
以下结合附图通过实施例对本发明特征及其它相关特征作进一步详细说明，以便于同行业技术人员的理解。
参见图1，本发明一种保偏即插即用量子保密通信系统，包括通过单模光纤连接的发送端装置(图1上部所示)和接收端装置(图1下部所示)，其特征在于：所述的发送端装置包括信号激光器1、哀减器2、单光子探测器4、由不等臂长的双臂(上方的一路延时长臂L，下面的一路为短臂S)保偏光纤构成的M-Z干涉仪6、发送端相位调制器8、滤波器9、发送端时钟激光器13和发送端波分复用器10，在该MZ干涉仪6的输入端和输出端分别通过一个分束器5和7连接，信号激光器1通过衰减器2与MZ干涉仪6的输入端连接，单光子探测器4通过信号环行器3连接在该MZ干涉仪6的输入端。在该MZ干涉仪6的输出端后面依次连接发送端相位调制器8、滤波器9和发送端波分复用器10，该发送端波分复用器10的输入端与发送端时钟激光器13连接，并用发送端时钟检测器12通过发送端时钟环行器11对时钟激光器13的时钟光脉冲信号进行检测。所述的接收端装置包括末端的法拉第反射镜19、接收端相位调制器18、接收端波分复用器14、接收端时钟激光器17和接收端检测器16，法拉第反射镜19通过接收端相位调制器18与接收端波分复用器14的输出端连接，该接收端波分复用器14的输出端与接收端时钟激光器17连接，并用接收端检测器16通过接收端环行器15对接收端时钟激光器17的光脉冲信号进行检测。
所述的信号激光器1为中心波长1550nm的半导体激光器；所述的发送端和接收端的时钟激光器13和17均为中心波长为1310nm的半导体激光器；所述的发送端和接收端的波分复用器10和14均为1310/1550nm的波分复用器。两个所述的分束器5和7均为光纤耦合器50/50分束器。
所述的滤波器为中心波长1550nm的窄线宽滤波器。
本发明保偏即插即用量子保密通信系统装置在工作时，中心波长1550nm的信号激光器1发出频率为20MHz的脉冲光，通过衰减器2衰减至平均光子数0.1的水平，这是为了保证脉冲序列中的单光子脉冲比例以实现通信安全。经过光纤耦合器50/50分束器5进入不等臂的MZ干涉仪6，于是光脉冲被分为长臂和短臂两个，分别标记为L光和S光，经过接收端法拉第反射镜19返回，再次回到发送端时，经过MZ干涉仪6会出现四种路径光束，标记为SS、SL、LS、LL，如图2所示。其中SL和LS经过相同的路径长度，能够自动抵消MZ干涉仪两臂之间的相位漂移。同时，由于发送端采用保偏光纤器件，所以光的MZ偏振方向在离开相位调制器8之前是稳定不变的，假设此刻为水平偏振方向，无论长距离光纤的影响多大，经过法拉第反射镜19反射回来的偏振方向与入射时垂直，所以返回到发送端相位调制器8的光子偏振方向固定为垂直方向。因此偏振抖动和偏振模式色散在这个光纤系统中是自动补偿，没有影响。所以SL和LS满是稳定干涉所需的条件，发生干涉，结果由相位差决定。
发送端装置用于同步的时钟光脉冲是由一中心波长为1310nm的激光器13发出的，通过1310/1550nm的波分复用器10耦合进量子信道光纤；到达接收端装置后，通过1310/1550nm的波分复用器14解复用，由于环形器15的作用，时钟光脉冲将进入探测器16，经过光电转换为电脉冲。由于信号脉冲的重复频率是20MHz，而时钟光脉冲是经过20MHz 同步分频到100KHz，所以在接收端需要将100KHz的同步脉冲经过锁相环电路20和锁相环电路21恢复为20MHz，以用于接收端的相位调制同步。采用更低重复频率的同步光脉冲的目的是为了减少同步光对单光子探测的影响，这是由两方而的原因引起的：一是光纤中的背向散射，二是1310nm时钟脉冲在光纤中的拉曼光散射，虽然这两种光强度都十分微弱，但是由于单光子探测器4是超灵敏器件，所以也会造成明显的影响，所以我们采用了锁相电路，并且在进入单光子探测器之前添加了窄线宽的1550nm滤波器9，有效的抑制了散射光的影响，实现了信号光和同步光在同一根光纤中传输。
Claims (4)
1.一种保偏即插即用量子保密通信系统，包括通过单模光纤连接的发送端装置和接收端装置，其特征在于：所述的发送端装置包括信号激光器、衰减器、单光子探测器、由保偏光纤构成的不等臂长的MZ干涉仪、发送端相位调制器、滤波器、时钟激光器和发送端波分复用器，在该MZ干涉仪的输入端和输出端分别连接一个分束器；信号激光器连接衰减器，再通过第一分束器与MZ干涉仪的输入端连接，单光子探测器连接信号环行器，再通过第一分束器连接在该MZ干涉仪的输入端；在该MZ干涉仪的输出端后面通过第二分束器依次连接发送端相位调制器、滤波器和发送端波分复用器，该发送端波分复用器的输入端通过发送端时钟环形器与发送端时钟激光器连接，并用发送端时钟检测器通过发送端时钟环行器对发送端时钟激光器的时钟光脉冲信号进行检测；所述的接收端装置包括末端的法拉第反射镜、接收端相位调制器、接收端波分复用器、接收端时钟激光器和接收端检测器，法拉第反射镜通过接收端相位调制器与接收端波分复用器的输出端连接，该接收端波分复用器的输出端通过接收端环形器与接收端时钟激光器连接，并用接收端检测器通过接收端环行器对接收端时钟激光器的光脉冲信号进行检测。
2.根据权利要求1所述的保偏即插即用量子保密通信系统，其特征在于，所述的信号激光器为中心波长1550nm的半导体激光器；所述的发送端和接收端的时钟激光器均为中心波长为1310nm的半导体激光器；所述的发送端和接收端的波分复用器均为1310/1550nm的波分复用器。
3.根据权利要求1所述的保偏即插即用量子保密通信系统，其特征在于，所述的分束器为光纤耦合器50/50分束器。
4.根据权利要求1所述的保偏即插即用量子保密通信系统，其特征在于，所述的滤波器为中心波长1550nm窄线宽滤波器。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201010114250XA CN101764648B (zh) | 2010-02-10 | 2010-02-10 | 保偏即插即用量子保密通信系统 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201010114250XA CN101764648B (zh) | 2010-02-10 | 2010-02-10 | 保偏即插即用量子保密通信系统 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN101764648A CN101764648A (zh) | 2010-06-30 |
| CN101764648B true CN101764648B (zh) | 2012-12-26 |
Family
ID=42495646
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201010114250XA Expired - Fee Related CN101764648B (zh) | 2010-02-10 | 2010-02-10 | 保偏即插即用量子保密通信系统 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN101764648B (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| TWI618366B (zh) * | 2015-04-22 | 2018-03-11 | 諾基亞科技公司 | 光學通訊技術 |
Families Citing this family (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102930627A (zh) * | 2012-10-25 | 2013-02-13 | 上海电机学院 | 分布式微弱光投票系统及方法 |
| CN102938678A (zh) * | 2012-12-04 | 2013-02-20 | 上海朗研光电科技有限公司 | 一种适用于量子通信系统的时钟同步装置 |
| CN103106725A (zh) * | 2013-01-11 | 2013-05-15 | 西安交通大学 | 一种量子彩票机 |
| CN104468092A (zh) * | 2013-09-18 | 2015-03-25 | 安徽量子通信技术有限公司 | 一种用于qkd系统的同步装置 |
| CN104468093A (zh) * | 2013-09-18 | 2015-03-25 | 安徽量子通信技术有限公司 | 一种量子密钥分发系统的同步方法 |
| CN103840905A (zh) * | 2014-02-20 | 2014-06-04 | 安徽问天量子科技股份有限公司 | 量子密钥分配系统的全光纤通信系统及方法 |
| CN104065476B (zh) * | 2014-07-08 | 2017-12-12 | 北京邮电大学 | 一种基于时分‑波分双重复用的多功能量子保密通信节点结构 |
| CN104767609B (zh) * | 2015-04-23 | 2017-12-05 | 山西大学 | 双边带干涉的相位编码量子密钥分发系统 |
| CN107733637B (zh) * | 2016-08-12 | 2024-02-09 | 上海国盾量子信息技术有限公司 | 双工量子密钥分发系统中使用的量子密钥分发装置 |
| CN106161010B (zh) * | 2016-08-19 | 2023-06-20 | 浙江神州量子网络科技有限公司 | 高成码率点对点qkd系统以及发射端、接收端和qkd方法 |
| CN106772345B (zh) * | 2017-03-16 | 2023-09-26 | 重庆大学 | 一种远距离即插即用型位移雷达目标反射器 |
| CN117478238B (zh) * | 2023-12-26 | 2024-04-02 | 万事通科技(杭州)有限公司 | 一种光纤信道窃听检测装置及方法 |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1377147A (zh) * | 2002-04-17 | 2002-10-30 | 华东师范大学 | 单光子路由操控装置 |
| CN1477413A (zh) * | 2003-06-30 | 2004-02-25 | 华南师范大学 | 位相调制偏振态的量子编码器和解码器及其应用 |
| WO2008069490A1 (en) * | 2006-12-05 | 2008-06-12 | Electronics And Telecommunications Research Institute | Polarization-insensitive one-way quantum key distribution receiver, transmitter/receiver system |
| CN101403824A (zh) * | 2008-10-30 | 2009-04-08 | 华东师范大学 | 适用于量子保密通信的实时偏振控制方法 |
-
2010
- 2010-02-10 CN CN201010114250XA patent/CN101764648B/zh not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1377147A (zh) * | 2002-04-17 | 2002-10-30 | 华东师范大学 | 单光子路由操控装置 |
| CN1477413A (zh) * | 2003-06-30 | 2004-02-25 | 华南师范大学 | 位相调制偏振态的量子编码器和解码器及其应用 |
| WO2008069490A1 (en) * | 2006-12-05 | 2008-06-12 | Electronics And Telecommunications Research Institute | Polarization-insensitive one-way quantum key distribution receiver, transmitter/receiver system |
| CN101403824A (zh) * | 2008-10-30 | 2009-04-08 | 华东师范大学 | 适用于量子保密通信的实时偏振控制方法 |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| TWI618366B (zh) * | 2015-04-22 | 2018-03-11 | 諾基亞科技公司 | 光學通訊技術 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN101764648A (zh) | 2010-06-30 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN101764648B (zh) | 保偏即插即用量子保密通信系统 | |
| CN100510850C (zh) | 光调制装置、光发送器、以及光传送装置 | |
| CN107612690B (zh) | 一种相位解码方法、装置和量子密钥分发系统 | |
| CN108683459B (zh) | 一种基于马赫-曾德尔光纤干涉仪的光纤相位补偿器 | |
| US20210345025A1 (en) | Communication System Employing Optical Frame Templates | |
| US20020003641A1 (en) | Polarization division multiplexer | |
| US8184989B2 (en) | Communication system and timing control method | |
| US8331798B2 (en) | Optical m-ary modulator | |
| US20060045445A1 (en) | Optical switch and optical waveform monitoring device utilizing optical switch | |
| CN106788704B (zh) | 基于同步序列的少模光纤模间延时的测量系统及方法 | |
| CN108650091A (zh) | 相位解码方法、相位解码接收装置和量子密钥分发系统 | |
| US20030020985A1 (en) | Receiver for high-speed optical signals | |
| CN110620651B (zh) | 基于萨格奈克干涉仪的时间相位编码装置及量子密钥分发系统 | |
| US20170336656A1 (en) | Silicon photonic hybrid polarization demultiplexer | |
| CN101403824A (zh) | 适用于量子保密通信的实时偏振控制方法 | |
| JP4738040B2 (ja) | 光通信システム、伝送劣化補償方法 | |
| CN111371499A (zh) | 一种调制装置和光发射机 | |
| CN114531226A (zh) | 一种基于时分-模分复用的多用户sagnac环QKD系统及方法 | |
| CN107453836B (zh) | 一种级联光纤相位补偿器和光纤传输系统 | |
| KR20230074066A (ko) | 편파 다이버시티 광학 전력 공급기 | |
| CN215222212U (zh) | 基于时间相位编码的量子密钥分发光芯片 | |
| CN217135505U (zh) | 即插即用型sagnac环参考系无关测量设备无关QKD系统 | |
| WO2023073769A1 (ja) | 光伝送システム | |
| CN106569349A (zh) | 反射式光调制器结构的光学接收发送一体机及控制方法 | |
| CN208723907U (zh) | 一种基于马赫-曾德尔光纤干涉仪的光纤相位补偿器 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| ASS | Succession or assignment of patent right |
Owner name: SHANGHAI LANGYAN OPTOELECTRONICS TECHNOLOGY CO.,LT Free format text: FORMER OWNER: NANTONG MOHE QUANTUM SCIENCE + TECHNOLOGY DEVELOPMENT CO., LTD. Effective date: 20140327 |
|
| C41 | Transfer of patent application or patent right or utility model | ||
| COR | Change of bibliographic data |
Free format text: CORRECT: ADDRESS; FROM: 226500 NANTONG, JIANGSU PROVINCE TO: 200433 YANGPU, SHANGHAI |
|
| TR01 | Transfer of patent right |
Effective date of registration: 20140327 Address after: 200433, No. 3, building 12, No. 128 Xiang Yin Road, Shanghai, Yangpu District Patentee after: Shanghai Langyan Optoelectronics Technology Co.,Ltd. Address before: 226500, Jiangsu City, Rugao Province, such as Deng yuan community 15 group (Rugao science and Technology Pioneer Park, comprehensive building, room 101) Patentee before: Nantong Mohe Quantum Science & Technology Development Co., Ltd. |
|
| DD01 | Delivery of document by public notice | ||
| DD01 | Delivery of document by public notice |
Addressee: Shanghai Langyan Optoelectronics Technology Co.,Ltd. Document name: Notification to Pay the Fees |
|
| DD01 | Delivery of document by public notice | ||
| DD01 | Delivery of document by public notice |
Addressee: Shanghai Langyan Optoelectronics Technology Co.,Ltd. Document name: Notification of Termination of Patent Right |
|
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20121226 Termination date: 20170210 |