CN106100837B - 基于相同波长的全双工量子密钥分发系统的同步装置及方法 - Google Patents

基于相同波长的全双工量子密钥分发系统的同步装置及方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于相同波长的全双工量子密钥分发系统的同步装置及方法,发射端：同步光激光器用于发送波长为
Figure DEST_PATH_IMAGE002
的同步光;同步光调制电路用于对同步光进行调制；环形器用于将接收和发送两个方向的同步光进行分离；波分复用器WDM用于将同步光和量子光聚合后发送给接收端；接收端：波分复用器WDM用于接收同步光和量子光，并分别波分到
Figure 949797DEST_PATH_IMAGE002
和
Figure DEST_PATH_IMAGE004
端口,同步光探测器用于对同步光进行光电转换;同步光探测后处理电路用于对电信号进行处理，形成作为量子光探测器使能的用于对探测器进行探测触发的同步信号。本发明减少了波长种类、降低了光路系统复杂度，简化了网络结构；降低了光纤衰减和色散对同步光和量子光的影响，并避免不同波长引起的光速变化对系统的影响。

Description

基于相同波长的全双工量子密钥分发系统的同步装置及方法
技术领域
本发明涉及一种量子密钥奋发系统的同步装置及方法，尤其涉及基于相同波长的全双工量子密钥分发系统的同步装置及方法。
背景技术
当前的量子密钥分发系统（QKD）均由一个发送端（ALICE）和一个接收端（BOB）构成，ALICE会发送一种达到单光子水平的量子光和一种相对较强的同步光。量子光依次经过ALICE及BOB的调制与解调后进入单光子探测器，而与量子光同源触发的同步光用于给单光子探测器提供探测使能，使探测器在一个非常短的时间内探测量子光，并且使探测窗口与量子光对齐。
当量子密钥分发系统是单向传输时，只要将同步光的光强控制在一定范围内，同时保证其波长与量子光波长可区分并稳定即可。而当量子密钥分发系统是双向传输时，由于两端都独立发送同步光，因此要避免两端的同步光探测器和单光子探测器受到干扰。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，提供基于相同波长的全双工量子密钥分发系统的同步装置及方法，本发明基于相同波长的全双工量子密钥分发系统的同步装置及方法兼备收发功能，每台设备中的ALICE可独立发送相同波长的同步光，并且在同一条光纤信道中传输，对端设备中对应的BOB接收同步光并进行甄别和处理，同一台QKD设备的ALICE和BOB采用环形器对接收和发射两个方向的光进行分离，实现了一种相同波长同步光的全双工QKD系统。
为实现上述技术目的，本发明采取的技术方案为：基于相同波长的全双工量子密钥分发系统的同步装置,包括量子密钥分发系统;所述量子密钥分发系统由一个发送端ALICE和一个接收端BOB构成;其特征在于：
还包括环形器和波分复用器WDM;
发送端ALICE包括同步激光器和同步光调制电路;
接收端BOB包括同步光探测器和同步光探测后处理电路;；
所述量子密钥分发系统为两个,分别是量子密钥分发系统QKD1和量子密钥分发系统QKD2；
当量子密钥分发系统QKD1作为发射端时,量子密钥分发系统QKD2作为接收端;
当量子密钥分发系统QKD2作为发射端时,量子密钥分发系统QKD1作为接收端;
发射端的同步光激光器用于发送波长为
Figure DEST_PATH_IMAGE001
的同步光;
发射端的同步光调制电路用于对同步光进行调制，调制后的同步光从发射端的环形器的入射口1进入并从发射端的环形器的第一出射口2出射，然后进入发射端的波分复用器WDM的
Figure 104870DEST_PATH_IMAGE001
端口;
发射端的波分复用器WDM用于将调制后的同步光通过主干光纤发送给接收端的量子密钥分发系统；
接收端的波分复用器WDM用于从干路光纤中接收同步光并将接收到的同步光波分到接收端的波分复用器WDM的
Figure 22010DEST_PATH_IMAGE001
端口,然后以接收端的环形器的第一出射口2作为入射口进入接收端的环形器，再从接收端的环形器的第二出射口3出射，进入接收端的同步光探测器;
接收端的同步光探测器用于对入射的调制后的同步光进行光电转换;
接收端的同步光探测后处理电路用于对经过光电转换后形成的电信号进行处理，形成作为单光子探测器的同步使能信号，用于对单光子探测器进行探测触发。
进一步的，发射端的同步光调制电路用于对同步光进行光强和脉冲宽度的调制。
进一步的，同步光探测后处理电路用于经过对光电转换后形成的电信号进行滤波、放大、脉冲宽度整形和延时处理。
为实现上述技术目的，本发明采取的另一种技术方案为：基于相同波长的全双工量子密钥分发系统的同步方法, 包括量子密钥分发系统;所述量子密钥分发系统由环形器、波分复用器WDM、发送端ALICE和接收端BOB构成；发送端ALICE包括同步激光器和同步光调制电路;接收端BOB包括同步光探测器和同步光探测后处理电路;其特征在于包括以下步骤：
所述量子密钥分发系统为两个,分别是量子密钥分发系统QKD1和量子密钥分发系统QKD2；当量子密钥分发系统QKD1作为量子密钥分发系统的发射端时,量子密钥分发系统QKD2作为量子密钥分发系统的接收端;当量子密钥分发系统QKD2作为量子密钥分发系统的发射端时,量子密钥分发系统QKD1作为量子密钥分发系统的接收端;
通过发射端的同步光激光器发送波长为
Figure 801748DEST_PATH_IMAGE001
的同步光;
通过发射端的同步光调制电路对同步光进行调制，调制后的同步光从发射端的环形器的入射口1进入并从发射端的环形器的第一出射口2出射，然后进入发射端的波分复用器WDM的
Figure 259274DEST_PATH_IMAGE001
端口;
通过发射端的波分复用器WDM将调制后的同步光通过主干光纤发送给接收端的量子密钥分发系统；
通过接收端的波分复用器WDM从干路光纤中接收同步光并将接收到的同步光波分到接收端的波分复用器WDM的
Figure 73646DEST_PATH_IMAGE001
端口,然后以接收端的环形器的第一出射口2作为入射口进入接收端的环形器，再从接收端的环形器的第二出射口3出射，进入接收端的同步光探测器;
通过接收端的同步光探测器对入射的同步光进行光电转换;
通过接收端的同步光探测处理电路对经过光电转换后形成的电信号进行处理，形成作为单光子探测器的同步使能信号，用于对单光子探测器进行探测触发。
进一步的，发射端的同步光调制电路用于对同步光进行光强和脉冲宽度的调制。
进一步的，同步光探测后处理电路用于经过对光电转换后形成的电信号进行滤波、放大、脉冲宽度整形和延时处理。
本发明的工作流程是：
QKD1发射系统中同步光部分的工作流程描述如下：QKD1的ALICE的同步光激光器发送波长为
Figure 958425DEST_PATH_IMAGE001
的同步光，然后由同步光调制电路对同步光进行光强和脉冲宽度等参数的调制，然后以环形器的入射口1作为入射口进入环形器，由环形器的特点决定了同步光只会从环形器的第一出射口2出射，然后进入波分复用器WDM的
Figure 225459DEST_PATH_IMAGE001
端口，最后进入主干光纤并向QKD2发送；
QKD2接收系统中同步光部分的工作流程描述如下：QKD2的波分复用器WDM从干路光纤中接收到QKD1发送的同步光后，将之波分到
Figure 486676DEST_PATH_IMAGE001
端口，然后以环形器的第一出射口2作为入射口进入环形器，由环形器的工作性质决定了接收的同步光只能从第二出射口3出射，然后进入同步光探测器进行光电转换，再由同步光探测后处理电路对转换后的电信号进行滤波、放大、脉冲宽度整形和延时等处理，最后作为单光子探测器使能的同步信号对探测器进行探测触发。
QKD2发射系统中同步光部分的工作流程描述如下：QKD2的ALICE的同步光激光器发送波长为
Figure 155554DEST_PATH_IMAGE001
的同步光，然后由同步光调制电路对同步光进行光强和脉冲宽度等参数的调制，然后以环形器的入射口1作为入射口进入环形器，由环形器的特点决定了同步光只会从环形器的第一出射口2出射，然后进入波分复用器WDM的
Figure 148918DEST_PATH_IMAGE001
端口，最后进入主干光纤并向QKD1发送；
QKD1接收系统中同步光部分的工作流程描述如下：QKD1的BOB的波分复用器WDM从干路光纤中接收到QKD2发送的同步光后，将之波分到
Figure 467029DEST_PATH_IMAGE001
端口，然后以环形器的第一出射口2作为入射口进入环形器，由环形器的工作性质决定了接收的同步光只能从第二出射口3出射，然后进入同步光探测器进行光电转换，再由同步光探测处理电路对转换后的电信号进行滤波、放大、脉冲宽度整形和延时等处理，最后作为单光子探测器使能的同步信号对探测器进行探测触发。
与采用不同波长的同步光系统（申请号201410472681.1）相比，本发明减少了波长种类、降低了光路系统复杂度，特别是对于大规模组网的情况极大的简化了网络结构；同时，可以将两个同步光控制在1550nm波段，降低了光纤衰减和色散对同步光和量子光的影响，并避免不同波长引起的光速变化对系统的影响。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
具体实施方式
实施例1
参见图1，本发明基于相同波长的全双工量子密钥分发系统的同步装置,包括量子密钥分发系统QKD;所述量子密钥分发系统由一个发送端ALICE和一个接收端BOB构成;其特征在于：还包括环形器和波分复用器WDM;发送端ALICE包括同步激光器和同步光调制电路;接收端BOB包括同步光探测器和同步光探测后处理电路;；所述量子密钥分发系统QKD为两个,分别是量子密钥分发系统QKD1和量子密钥分发系统QKD2；当量子密钥分发系统QKD1作为发射端时,量子密钥分发系统QKD2作为接收端;当量子密钥分发系统QKD2作为发射端时,量子密钥分发系统QKD1作为接收端;发射端的同步光激光器用于发送波长为
Figure 266358DEST_PATH_IMAGE001
的同步光;发射端的同步光调制电路用于对同步光进行调制，调制后的同步光从发射端的环形器的入射口1进入并从发射端的环形器的第一出射口2出射，然后进入发射端的波分复用器WDM的
Figure 789743DEST_PATH_IMAGE001
端口;发射端的波分复用器WDM用于将调制后的同步光通过主干光纤发送给接收端的量子密钥分发系统；接收端的波分复用器WDM用于从干路光纤中接收同步光并将接收到的同步光波分到接收端的波分复用器WDM的
Figure 219588DEST_PATH_IMAGE001
端口,然后以接收端的环形器的第一出射口2作为入射口进入接收端的环形器，再从接收端的环形器的第二出射口3出射，进入接收端的同步光探测器;接收端的同步光探测器用于对入射的调制后的同步光进行光电转换;接收端的同步光探测后处理电路用于对经过光电转换后形成的电信号进行处理，形成作为单光子探测器的同步使能信号，用于对单光子探测器进行探测触发。发射端的同步光调制电路用于对同步光进行光强和脉冲宽度的调制。同步光探测后处理电路用于经过对光电转换后形成的电信号进行滤波、放大、脉冲宽度整形和延时处理。
实施例2
参见图1，本基于相同波长的全双工量子密钥分发系统的同步方法, 包括量子密钥分发系统;所述量子密钥分发系统由环形器、波分复用器WDM、发送端ALICE和接收端BOB构成；发送端ALICE包括同步激光器和同步光调制电路;接收端BOB包括同步光探测器和同步光探测后处理电路;其特征在于包括以下步骤：
所述量子密钥分发系统QKD为两个,分别是量子密钥分发系统QKD1和量子密钥分发系统QKD2；当量子密钥分发系统QKD1作为量子密钥分发系统的发射端时,量子密钥分发系统QKD2作为量子密钥分发系统的接收端;当量子密钥分发系统QKD2作为量子密钥分发系统的发射端时,量子密钥分发系统QKD1作为量子密钥分发系统的接收端;
通过发射端的同步光激光器发送波长为
Figure 523530DEST_PATH_IMAGE001
的同步光;
通过发射端的同步光调制电路对同步光进行调制，调制后的同步光从发射端的环形器的入射口1进入并从发射端的环形器的第一出射口2出射，然后进入发射端的波分复用器WDM的
Figure 798654DEST_PATH_IMAGE001
端口;
通过发射端的波分复用器WDM将调制后的同步光通过主干光纤发送给接收端的量子密钥分发系统；
通过接收端的波分复用器WDM从干路光纤中接收同步光并将接收到的同步光波分到接收端的波分复用器WDM的
Figure 504441DEST_PATH_IMAGE001
端口,然后以接收端的环形器的第一出射口2作为入射口进入接收端的环形器，再从接收端的环形器的第二出射口3出射，进入接收端的同步光探测器;
通过接收端的同步光探测器对入射的同步光进行光电转换;
通过接收端的同步光探测处理电路对经过光电转换后形成的电信号进行处理，形成作为单光子探测器的同步使能信号，用于对单光子探测器进行探测触发。
作为优选方案，，发射端的同步光调制电路用于对同步光进行光强和脉冲宽度的调制。同步光探测后处理电路用于经过对光电转换后形成的电信号进行滤波、放大、脉冲宽度整形和延时处理。

Claims (6)

1.基于相同波长的全双工量子密钥分发系统的同步装置,包括量子密钥分发系统；所述量子密钥分发系统由一个发送端和一个接收端构成；其特征在于：
还包括环形器和波分复用器WDM；
发送端包括同步激光器和同步光调制电路；
接收端包括同步光探测器和同步光探测后处理电路；
所述量子密钥分发系统为两个,分别是量子密钥分发系统QKD1和量子密钥分发系统QKD2；
当量子密钥分发系统QKD1作为发射端时,量子密钥分发系统QKD2作为接收端；
当量子密钥分发系统QKD2作为发射端时,量子密钥分发系统QKD1作为接收端；
发射端的同步光激光器用于发送波长为λS的同步光；
发射端的同步光调制电路用于对同步光进行调制，调制后的同步光从发射端的环形器的入射口(1)进入并从发射端的环形器的第一出射口(2)出射，然后进入发射端的波分复用器WDM的λS端口；
发射端的波分复用器WDM用于将调制后的同步光通过主干光纤发送给接收端的量子密钥分发系统；
接收端的波分复用器WDM用于从干路光纤中接收同步光并将接收到的同步光波分到接收端的波分复用器WDM的λS端口,然后以接收端的环形器的第一出射口(2)作为入射口进入接收端的环形器，再从接收端的环形器的第二出射口(3)出射，进入接收端的同步光探测器；
接收端的同步光探测器用于对入射的调制后的同步光进行光电转换；
接收端的同步光探测后处理电路用于对经过光电转换后形成的电信号进行处理，形成作为单光子探测器的同步使能信号，用于对单光子探测器进行探测触发。
2.根据权利要求1所述的基于相同波长的全双工量子密钥分发系统的同步装置,其特征在于:发射端的同步光调制电路用于对同步光进行光强和脉冲宽度的调制。
3.根据权利要求1或2所述的基于相同波长的全双工量子密钥分发系统的同步装置,其特征在于:同步光探测后处理电路用于经过对光电转换后形成的电信号进行滤波、放大、脉冲宽度整形和延时处理。
4.一种基于相同波长的全双工量子密钥分发系统的同步方法,包括量子密钥分发系统；所述量子密钥分发系统由环形器、波分复用器WDM、发送端和接收端构成；发送端包括同步激光器和同步光调制电路；接收端包括同步光探测器和同步光探测后处理电路；其特征在于包括以下步骤：
所述量子密钥分发系统为两个,分别是量子密钥分发系统QKD1和量子密钥分发系统QKD2；当量子密钥分发系统QKD1作为量子密钥分发系统的发射端时,量子密钥分发系统QKD2作为量子密钥分发系统的接收端；当量子密钥分发系统QKD2作为量子密钥分发系统的发射端时,量子密钥分发系统QKD1作为量子密钥分发系统的接收端；
通过发射端的同步光激光器发送波长为λS的同步光；
通过发射端的同步光调制电路对同步光进行调制，调制后的同步光从发射端的环形器的入射口(1)进入并从发射端的环形器的第一出射口(2)出射，然后进入发射端的波分复用器WDM的λS端口；
通过发射端的波分复用器WDM将调制后的同步光通过主干光纤发送给接收端的量子密钥分发系统；
通过接收端的波分复用器WDM从干路光纤中接收同步光并将接收到的同步光波分到接收端的波分复用器WDM的λS端口,然后以接收端的环形器的第一出射口(2)作为入射口进入接收端的环形器，再从接收端的环形器的第二出射口(3)出射，进入接收端的同步光探测器；
通过接收端的同步光探测器对入射的同步光进行光电转换；
通过接收端的同步光探测处理电路对经过光电转换后形成的电信号进行处理，形成作为单光子探测器的同步使能信号，用于对单光子探测器进行探测触发。
5.根据权利要求4述的基于相同波长的全双工量子密钥分发系统的同步方法,其特征在于:发射端的同步光调制电路用于对同步光进行光强和脉冲宽度的调制。
6.根据权利要求4或5所述的基于相同波长的全双工量子密钥分发系统的同步方法，其特征在于:同步光探测后处理电路用于经过对光电转换后形成的电信号进行滤波、放大、脉冲宽度整形和延时处理。
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