CN103414512A - 一种消光比的测量方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种消光比测量的方法及系统，其系统包括待测光模块，光功率计，光衰减器，单光子探测器，脉冲信号源及信号延迟器，本测量方法的基本原理是将待测光模块产生的光脉冲衰减成为准单光子脉冲，利用单光子探测器，分别对准单光子脉冲的顶部和底部进行光子计数，计算得到代表逻辑“1”、“0”的光功率比值，得到消光比。本发明实现了光通信系统及量子保密通信中消光比的测量，尤其是弱光脉冲信号和消光比较大、脉冲底部光强较弱的脉冲信号消光比的测量。

Description

一种消光比的测量方法及系统

技术领域

本发明涉及光通信领域及量子保密通信领域，更具体地，涉及一种消光比的测量方法及系统。

背景技术

随着科技的进步，经济的发展，信息的重要性越来越显著。掌握信息的速度和数量成为了决定成败的一个重要的因素。由于光通信低损耗，传输距离远，带宽大，抗干扰能力强，保密性好，得到了人们的青睐，并迅速地发展起来。光通信的传输距离，传输速度，传输容量更是不断地得到提高。计算机技术的发展更是促进了光通信的快速发展。目前光通信网络已经遍布了全球，成为了主流的通信方式。

光通信的质量是进行光通信时最为关心的一个问题。其中，消光比是衡量通信质量的一个重要的参数。消光比定义为P₀是表示逻辑“0”的光功率，P₁是表示逻辑“1”的光功率。消光比的大小用于表示逻辑“1”和表示逻辑“0”信号的差异，与误码率密切相关。消光比越小，误码率越高。而对于量子保密通信系统来说，消光比越小，系统的干涉对比度越低，系统的误码率越大，保密性越差。对于光通信，为了保证通信的质量，保持高的消光比是极其重要的。这也决定了消光比测量的重要性。

目前消光比的测量多采用高速的光电转换模块，将光信号转换成电信号，再使用示波器观察信号，进行消光比的计算或通过眼图测量消光比。但是光电转换模块的光电转换率有一定的范围，有的光电转换模块还存在一个暗电压，并且光电转换模块和示波器都有一定的噪声，这会影响测量系统的分辨率，使得消光比的测量存在一些偏差。尤其是弱光脉冲和脉冲底部光功率比较小的光脉冲，采用这种方法难以实现消光比的测量。也有的方法是通过测量和光脉冲相关的光功率，根据测量值计算得到代表逻辑“1”和“0”的光功率，从而实现对消光比的测量。这种方法实现起来不够直观，比较繁琐。

发明内容

针对上述问题，本发明提供一种消光比的测量方法，主要是针对脉冲底部光功率比较小的光脉冲和弱光脉冲消光比的测量，同时也能实现对一般光脉冲消光比的测量。

为了解决上述技术问题，本发明的技术方案为：

一种消光比的测量方法，产生同步信号：调制信号和触发电信号；

调制信号用于调制待测光模块使其产生光脉冲，测量待测光模块发出的光脉冲的光功率，计算出光脉冲衰减成为准单光子脉冲的衰减值，根据衰减值将光脉冲衰减成为准单光子脉冲，并输入单光子探测器；

触发电信号经过时间的延迟后，用于触发单光子探测器；

调节延迟时间，使得单光子探测器的开门时间对应准单光子脉冲的顶部，进行光子计数，记录单光子探测器读数p；调节延迟时间，使得单光子探测器的开门时间对应准单光子脉冲的底部，进行光子计数，记录单光子探测器读数q；

保持其他条件不变，切断单光子探测器的光输入，即在无光输入的情况下测量单光子探测器的暗计数C_dark；

根据上述测得的光子计数和暗计数，计算得到消光比EXT： $\mathrm{EXT}=10*\lg \frac{p-C_{\mathrm{dark}}}{q-C_{\mathrm{dark}}}.$

调节延迟时间，使得单光子探测器的开门时间对应准单光子脉冲的顶部，进行光子计数，记录单光子探测器读数p，具体为：调节延迟时间，使得单光子探测器的开门时间对应准单光子脉冲顶部，进行光子计数。从零开始，逐步增加延时时间，观察单光子探测器的读数，直到最大，记下单光子探测器的读数p。调节延迟时间，使得单光子探测器的开门时间对应准单光子脉冲的底部，进行光子计数，记录单光子探测器读数q，具体为：调节的延迟时间，使得单光子探测器的开门时间对应准单光子脉冲底部，进行光子计数。根据测量准单光子脉冲顶光子计数的延迟时间，光脉冲频率和宽度，避开光脉冲的上升沿和下降沿，选择合适的延迟时间，使得单光子探测器的开门时间对应准单光子脉冲底部，记下单光子探测器的度数q。

更近一步的，所述调制信号的频率是触发信号频率的正整数倍。

更进一步的，脉冲信号源产生两个同步信号：调制信号和触发信号，采用光功率计测量待测光模块发出的光脉冲的光功率，计算出光脉冲衰减成为准单光子脉冲的衰减值，根据衰减值，使用光衰减器将光脉冲衰减成为准单光子脉冲，并输入单光子探测器；脉冲信号源产生的触发电信号经过信号延迟器进行时间的延迟后，用于触发单光子探测器。

本发明的原理如下：根据定义，消光比的大小可由代表逻辑“1”或逻辑“0”的光功率的比值求得。若将光脉冲进行衰减成为准单光子脉冲，准单光子脉冲在某个时间点出现光子的概率和光脉冲在相应时间点的光功率是成正比的。于是用单光子探测器分别对准单光子脉冲的顶部和脉冲底部进行光子计数，便能得到光脉冲中代表逻辑“1”和逻辑“0”的光功率的比值，从而求得消光比。

本发明的有一目的是提出一种消光比的测量系统，包括待测光模块、光衰减器，单光子探测器，脉冲信号源，信号延迟器及光功率计；所述脉冲信号源产生同步信号：调制信号和触发电信号，其中调制信号用于调制待测光模块使其产生光脉冲，采用光功率计测量待测光模块发出的光脉冲的光功率，计算出光脉冲衰减成为准单光子脉冲的衰减值，根据衰减值，由光衰减器将光脉冲衰减成为准单光子脉冲，并输入单光子探测器；脉冲信号源产生的触发电信号经过信号延迟器进行时间的延迟后，用于触发单光子探测器。其中，调制信号的脉冲宽度和单光子探测器的门宽要合理设置，保证光脉冲顶部宽度和门宽相当，底部的宽度大于或等于门宽。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：本发明实现了光通信系统及量子保密通信中消光比的测量，尤其是弱光脉冲信号和消光比较大、脉冲底部光强较弱的脉冲信号消光比的测量。

附图说明

图1为本发明为消光比测量方法使用的测量系统结构框图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步描述，但本发明的实施方式并不限于此。

本发明消光比的测量方法所采用的测量系统如图一所示，其中使用的仪器并无特定型号的要求。本方法主要是实现对待测光模块1发出的光脉冲消光比的测量。所述消光比的测量方法包括以下步骤：

第一步，使用脉冲信号源4产生两个电信号：调制信号和触发信号。所述的这两个脉冲信号必须是同步的。幅度和频率的大小可以根据实际情况进行选择。调制信号的频率是触发信号频率的正整数倍。

第二步，使用脉冲信号源4产生的调制信号对待测光模块1进行调制，产生光脉冲。用光功率计测量光脉冲的光功率P。

第三步，计算光功率衰减值。为了使得单光子探测器的计数能够体现入射光脉冲的光功率。入射光脉冲需为准单光子脉冲。平均每个脉冲包含光子数n，n<1。以下对计算衰减值进行具体的说明。假设待测光膜块输出的光脉冲频率为f，平均光功率为

准单光子脉冲平均每个脉冲包含n个光子，光脉冲的光波长为λ。那么衰减值为

其中h为普朗克常数，c为光速。

第四步，根据所述计算得到的衰减值，使用光衰减器2将所述的光脉冲衰减成为准单光子脉冲，接入单光子探测器。

第五步，将所述脉冲信号源4产生的触发信号接入信号延时器5，进行延时后，用于触发单光子探测器3。这时，单光子探测器的触发信号和接入单光子探测器的准单光子脉冲是同步的。调节信号延时器5的延时时间可以调节单光子探测器开门时间和所述入射准单光子脉冲的对应关系。

第六步，测量准单光子脉冲顶部的光子计数。合理设置单光子探测器门宽，使得门宽和光脉冲宽度相当。从零开始，逐步增加信号延时器的延时时间，观察单光子探测器的读数，直到单光子探测器读数最大。这时开门时间刚好和准单光子脉冲的顶部重合。记下单光子探测器的读数p。

第七部，测量准单光子脉冲底部的光子计数。根据测量准单光子脉冲顶部光子计数的延迟时间，光脉冲的频率和宽度，避开光脉冲的上升沿和下降沿，选择合适的延迟时间，使得单光子探测器的开门时间对应准单光子脉冲底部，记下单光子探测器的读数q

第八步，测量单光子探测器的暗计数。切断单光子探测器的光输入，保持其他条件不变，记下单光子探测器的度数C_dark。

第九步，根据测得的光子计数和暗计数，计算消光比

以上所述的本发明的实施方式，并不构成对本发明保护范围的限定。任何在本发明的精神原则之内所作出的修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的权利要求保护范围之内。

Claims (4)

1.一种消光比的测量方法，其特征在于，

产生两个同步信号：调制信号和触发电信号；

调制信号用于调制待测光模块使其产生光脉冲，测量待测光模块发出的光脉冲的光功率，计算出光脉冲衰减成为准单光子脉冲的衰减值，根据衰减值将光脉冲衰减成为准单光子脉冲，并输入单光子探测器；

触发电信号经过时间的延迟后，用于触发单光子探测器；

调节延迟时间，使得单光子探测器开门时对应准单光子脉冲的顶部，进行光子计数，记录单光子探测器读数p；调节延迟时间，使得单光子探测器开门时对应准单光子脉冲的底部，进行光子计数，记录单光子探测器读数q；

保持其他条件不变，在无光输入的情况下测量单光子探测器的暗计数C_dark；

根据上述测得的光子计数和暗计数，计算得到消光比EXT： $\mathrm{EXT}=10*\lg \frac{p-C_{\mathrm{dark}}}{q-C_{\mathrm{dark}}}.$

2.根据权利要求1所述的消光比的测量方法，其特点在于，调制信号的频率为触发信号频率的正整数倍。

3.根据权利要求1所述的消光比的测量方法，其特征在于，使用脉冲信号源产生两个同步信号：调制信号和触发信号，采用光功率计测量待测光模块发出的光脉冲的光功率，计算出光脉冲衰减成为准单光子脉冲的衰减值，根据衰减值，使用光衰减器将光脉冲衰减成为准单光子脉冲，并输入单光子探测器；脉冲信号源产生的触发电信号经过信号延迟器进行时间的延迟后，用于触发单光子探测器。

4.一种消光比的测量系统，其特征在于，包括待测光模块、光衰减器，单光子探测器，脉冲信号源，信号延迟器及光功率计；所述脉冲信号源产生两个同步信号：调制信号和触发电信号，其中调制信号用于调制待测光模块使其产生光脉冲，采用光功率计测量待测光模块发出的光脉冲的功率，计算出光脉冲衰减成为准单光子脉冲的衰减值，根据衰减值，由光衰减器将光脉冲衰减成为准单光子脉冲，并输入单光子探测器；脉冲信号源产生的触发电信号经过信号延迟器进行时间的延迟后，用于触发单光子探测器。

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