CN107528639B - 量子光与经典光共纤传输装置及其传输方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种量子光与经典光共纤传输装置及其传输方法，包括第一经典光通信设备、第一量子密码通信设备、陷波滤波器、第一波分复用器、第二波分复用器、第二经典光通信设备、第二量子密码通信设备和窄带滤波器，第一经典光通信设备与陷波滤波器连接，第一量子密码通信设备和陷波滤波器均与第一波分复用器连接，第一波分复用器通过光纤信道与第二波分复用器连接，第二波分复用器分别与第二经典光通信设备和窄带滤波器连接，窄带滤波器与第二量子密码通信设备连接；本发明实现将经典光通信设备与量子密码通信设备共纤传输，解决了由于铺设专用量子信道光纤造成的高成本，简化了量子密码网络部署，同时有效消除经典光对量子光的干扰。

Description

量子光与经典光共纤传输装置及其传输方法

技术领域

本发明涉及量子密钥分配技术领域，具体涉及一种量子光与经典光共纤传输装置及其传输方法。

背景技术

随着量子密钥分配技术日趋成熟，基于光纤量子密钥分配的方案仍存在一些问题，如量子密钥分配网络的搭建需要铺设专用的量子信道，无法与现有的经典光通信设备进行波分复用，主要原因在于经典光通信设备的光强太强，对量子光干扰太大，造成量子密钥分配设备无法正常运行。

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一种量子光与经典光共纤传输装置及其传输方法，本量子光与经典光共纤传输装置及其传输方法革新现有量子密码通信解决方案，实现将经典光通信设备与量子密码通信设备共纤传输，克服了经典光对量子光的干扰，解决了由于铺设专用量子信道光纤造成的高成本，简化了量子密码网络部署。

为实现上述技术目的，本发明采取的技术方案为：

一种量子光与经典光共纤传输装置，包括第一经典光通信设备、第一量子密码通信设备、陷波滤波器、第一波分复用器、第二波分复用器、第二经典光通信设备、第二量子密码通信设备和窄带滤波器，所述第一经典光通信设备与陷波滤波器连接，所述第一量子密码通信设备和陷波滤波器均与第一波分复用器连接，所述第一波分复用器通过光纤信道与第二波分复用器连接，所述第二波分复用器分别与第二经典光通信设备和窄带滤波器连接，所述窄带滤波器与第二量子密码通信设备连接。

作为本发明进一步改进的技术方案，还包括第一波长转换器和第二波长转换器，所述第一经典光通信设备通过第一波长转换器与陷波滤波器连接，所述述第二波分复用器通过第二波长转换器与第二经典光通信设备连接。

作为本发明进一步改进的技术方案，所述第一经典光通信设备和第二经典光通信设备均采用SDH光传输设备。

作为本发明进一步改进的技术方案，所述第一经典光通信设备和第二经典光通信设备均采用PTN分组传送网设备。

作为本发明进一步改进的技术方案，所述第一经典光通信设备和第二经典光通信设备均采用OTN光传送网设备。

作为本发明进一步改进的技术方案，所述第一量子密码通信设备和第二量子密码通信设备均采用量子密钥分配终端。

为实现上述技术目的，本发明采取的另一个技术方案为：

一种基于量子光与经典光共纤传输装置的传输方法，包括以下步骤：

步骤1：第一经典光通信设备发出波长为λ₁的经典光并将波长为λ₁的经典光传输到第一波长转换器；

步骤2： 第一波长转换器将波长为λ₁的经典光转换为波长为λ₂的经典光并将波长为λ₂的经典光传输到陷波滤波器；

步骤3：陷波滤波器滤掉波长为λ₂的经典光中与第一量子密码通信设备发出的波长为λ₃的量子光同波长的本底光；

步骤4：陷波滤波器传输出来的波长为λ₂的经典光和第一量子密码通信设备发出的波长为λ₃的量子光一起进入第一波分复用器；

步骤5：第一波分复用器将波长为λ₂的经典光和波长为λ₃的量子光复用到一根光纤中并传输到第二波分复用器；

步骤6：第二波分复用器将波长为λ₂的经典光和波长为λ₃的量子光进行分离，第二波分复用器将波长为λ₃的量子光传输到窄带滤波器，第二波分复用器将波长为λ₂的经典光传输到第二波长转换器；

步骤7：第二波长转换器将波长为λ₂的经典光转换为波长为λ₁的经典光并将波长为λ₁的经典光传输到第二经典光通信设备；

步骤8：窄带滤波器滤掉量子光的杂散和反射波并将量子光传输到第二量子密码通信设备。

本发明与现有技术相比具有以下有益效果：

（1）本发明在不改变现有经典光通信设备的前提下，加入波长转换技术（波长转换器），实现量子密码通信设备与经典光通信设备的共纤使用传输而互不干扰；

（2）本发明通过窄带滤波技术（窄带滤波器）去除信道对量子光的干扰；

（3）本发明在经典光进入第一波分复用器前，增加陷波滤波器（波长与量子光相同，带宽宽于量子光），以滤除经典光本底对量子光的串扰；

（4）本发明在在第一波长转换器后，增加陷波滤波器（波长与量子光相同，带宽宽于量子光），以滤除经典光本底对量子光的串扰；

（5）本发明革新现有量子密码通信解决方案，可以实现将经典光通信设备与量子密码通信设备共纤传输，解决了由于铺设专用量子信道光纤造成的高成本，简化了量子密码网络部署，同时有效消除经典光对量子光的干扰。

附图说明

图1为传统波分的结构示意图。

图2为本发明的结构示意图。

图3为本发明优选的结构示意图。

图4为本发明应用到SDH光传输设备上的结构示意图。

具体实施方式

下面根据图1至图4对本发明的具体实施例做出具体说明:

参见图1，通常情况下，实现量子光与经典光波分复用方式可以如图1所示：量子光与经典光采用不同的波长，通过合波器与分波器复用到一根光纤中。由于量子光是单光子传输，经典光通信设备信号接收功率在-20dBm左右，量子密码通信设备的发射功率在-90dBm左右，理论经典光与量子光信号功率的比例关系为10000000:1，而实际环境下此数值将更大。

常用的波分器件有CWDM和DWDM，CWDM 系统的波长间隔为20nm，波长范围是1471nm～1611nm；DWDM系统波长间隔为 0.8nm，波长范围是1560.61nm～1529.55nm。通常，为了增大传输距离，量子光与经典光都会选择C波段进行传输。而这一波段器件的隔离度大多在40dB左右，无法使得经典光信号对量子光信号无影响。较强的经典光很容易串扰到量子光波长上，对量子光造成极大的干扰，造成量子密钥分配设备无法正常运行。

为了解决上述技术问题，本发明设计了如图2的方案：

参见图2，一种量子光与经典光共纤传输装置，包括第一经典光通信设备、第一量子密码通信设备、陷波滤波器、第一波分复用器、第二波分复用器、第二经典光通信设备、第二量子密码通信设备和窄带滤波器，所述第一经典光通信设备与陷波滤波器连接，所述第一量子密码通信设备和陷波滤波器均与第一波分复用器连接，所述第一波分复用器通过光纤信道与第二波分复用器连接，所述第二波分复用器分别与第二经典光通信设备和窄带滤波器连接，所述窄带滤波器与第二量子密码通信设备连接。

图2所示方案中，第一经典光通信设备与第一量子密码通信设备选择不同的工作波长，在经典光通道增加一个陷波滤波器，目的是将经典通信光中与量子光同波长的本底光滤掉，而经典光通信波长不改变，从而保证到接收端滤波比较干净。同时在第二量子密码通信设备所在的接收端信道上放置窄带滤波器对光进行滤波，去除杂散和反射波，滤掉量子光的线路干扰。

参见图3，本实施例中，还包括第一波长转换器和第二波长转换器，所述第一经典光通信设备通过第一波长转换器与陷波滤波器连接，所述述第二波分复用器通过第二波长转换器与第二经典光通信设备连接。

在图3方案中，在图2的基础上增加波长转换功能，加入了第一波长转换器和第二波长转换器。由于第一波分复用器和第二波分复用器对波长的隔离度与波长的间隔相关，波长之间的间隔越大，隔离度也越大。为了不影响现有经典光设备的正常使用，减少设备替换投入，所以将经典光与量子光之间的间隔增大到互不影响的波段，将经典光的波长通过第一波长转换器转换到与量子光间隔很大的波长上去，如量子光用C波段的1550 nm波长，经典光用S波段的1310 nm或L波段的1625 nm波长。第二经典光通信设备的接收端再通过第二波长转换器将经典光转换回去。同时窄带滤波器在第二量子密码通信设备的接收端对光进行滤波，去除杂散和反射波，滤掉量子光的线路干扰。

本发明可以有效的将量子密码通信设备(第一量子密码通信设备和第二量子密码通信设备)与经典光通信设备（第一经典光通信设备和第二经典光通信设备）进行兼容，在不改变经典光通信网络设备的前提下，将量子密码通信设备(第一量子密码通信设备和第二量子密码通信设备)与经典光通信设备进行了融合，其中第一经典光通信设备和第二经典光通信设备可以是SDH光传输设备、PTN分组传送网设备或OTN光传送网设备等设备。其中第一量子密码通信设备和第二量子密码通信设备可以采用现有技术中量子密钥分配终端或吉赫兹量子密钥分配终端。

下面以SDH光传输设备为例进行描述：

参见图4，图4以SDH光传输设备为例，对经典光设备进行波长转换。我们将SDH光传输设备发出的1550nm波长通过第一波长转换器转换成ITU-CWDM波长，使用波长1310nm，随后经典光通过陷波滤波器将经典通信光中与量子光同波长（波长1549.32nm）的本底光滤掉。量子密码通信设备发射端（第一量子密码通信设备），使用波长1549.32nm，通过第一波分复用器将经典光和量子光汇聚进行波分复用传输。接收端通过第二波分复用器进行波长分离后，1310nm波长进入第二波长转换器转化成1550nm后送入SDH光传输设备，另一部分量子光经过窄带滤波器过滤掉干扰光送入量子密码通信设备接收端（第二量子密码通信设备）。本发明中串扰和非线性噪声通过波长转换和窄带滤波得到了有效的抑制，解决了量子密码通信设备受到经典光的干扰。PTN分组传送网设备和OTN光传送网设备的工作方式与上列相同。

参见图3，本实施例还针对图3中的结构提供一种基于量子光与经典光共纤传输装置的传输方法，具体包括以下步骤：

步骤1：发射端的第一经典光通信设备发出波长为λ₁的经典光并将波长为λ₁的经典光传输到第一波长转换器；

步骤2： 第一波长转换器将波长为λ₁的经典光转换为波长为λ₂的经典光并将波长为λ₂的经典光传输到陷波滤波器；

步骤3：陷波滤波器滤掉波长为λ₂的经典光中与发射端的第一量子密码通信设备发出的波长为λ₃的量子光同波长的本底光；

步骤4：陷波滤波器传输出来的波长为λ₂的经典光和第一量子密码通信设备发出的波长为λ₃的量子光一起进入第一波分复用器；

步骤5：第一波分复用器将波长为λ₂的经典光和波长为λ₃的量子光复用到一根光纤中并传输到接收端的第二波分复用器；

步骤6：第二波分复用器将波长为λ₂的经典光和波长为λ₃的量子光进行分离，第二波分复用器将波长为λ₃的量子光传输到窄带滤波器，第二波分复用器将波长为λ₂的经典光传输到第二波长转换器；

步骤7：第二波长转换器将波长为λ₂的经典光转换为波长为λ₁的经典光并将波长为λ₁的经典光传输到第二经典光通信设备；

步骤8：窄带滤波器滤掉量子光的杂散和反射波并将量子光传输到第二量子密码通信设备。

综上所述，本发明在不改变现有经典光通信设备的前提下，加入波长转换技术，实现量子密码通信设备与经典光通信设备的共纤使用传输而互不干扰； 通过窄带滤波技术去除信道对量子光的干扰；在常规波分复用方案，经典光进入合光器前，增加陷波滤波器（波长与量子相同，带宽宽于量子光），以滤除经典光本底对量子光的串扰。在波长变换装置后，增加陷波滤波器（波长与量子相同，带宽宽于量子光），以滤除经典光本底对量子光的串扰。

本发明的保护范围包括但不限于以上实施方式，本发明的保护范围以权利要求书为准，任何对本技术做出的本领域的技术人员容易想到的替换、变形、改进均落入本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种量子光与经典光共纤传输装置，其特征在于：包括第一经典光通信设备、第一量子密码通信设备、陷波滤波器、第一波分复用器、第二波分复用器、第二经典光通信设备、第二量子密码通信设备、窄带滤波器、第一波长转换器和第二波长转换器，所述第一经典光通信设备通过第一波长转换器与陷波滤波器连接，所述第一量子密码通信设备和陷波滤波器均与第一波分复用器连接，所述第一波分复用器通过光纤信道与第二波分复用器连接，所述第二波分复用器通过第二波长转换器与第二经典光通信设备连接，所述第二波分复用器与窄带滤波器连接，所述窄带滤波器与第二量子密码通信设备连接；

所述第一波长转换器用于改变经典光的波长从而将经典光与量子光之间的间隔增大到互不影响的波段，所述第二波长转换器用于改变经典光的波长从而将经典光传输到第二经典光通信设备。

2.根据权利要求1所述的量子光与经典光共纤传输装置，其特征在于：所述第一经典光通信设备和第二经典光通信设备均采用SDH光传输设备。

3.根据权利要求1所述的量子光与经典光共纤传输装置，其特征在于：所述第一经典光通信设备和第二经典光通信设备均采用PTN分组传送网设备。

4.根据权利要求1所述的量子光与经典光共纤传输装置，其特征在于：所述第一经典光通信设备和第二经典光通信设备均采用OTN光传送网设备。

5.根据权利要求1所述的量子光与经典光共纤传输装置，其特征在于：所述第一量子密码通信设备和第二量子密码通信设备均采用量子密钥分配终端。

6.一种基于权利要求1所述的量子光与经典光共纤传输装置的传输方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：第一经典光通信设备发出波长为λ₁的经典光并将波长为λ₁的经典光传输到第一波长转换器；

步骤2：第一波长转换器将波长为λ₁的经典光转换为波长为λ₂的经典光并将波长为λ₂的经典光传输到陷波滤波器；第一波长转换器用于改变经典光的波长从而将经典光与量子光之间的间隔增大到互不影响的波段；

步骤3：陷波滤波器滤掉波长为λ₂的经典光中与第一量子密码通信设备发出的波长为λ₃的量子光同波长的本底光；

步骤4：陷波滤波器传输出来的波长为λ₂的经典光和第一量子密码通信设备发出的波长为λ₃的量子光一起进入第一波分复用器；

步骤5：第一波分复用器将波长为λ₂的经典光和波长为λ₃的量子光复用到一根光纤中并传输到第二波分复用器；

步骤6：第二波分复用器将波长为λ₂的经典光和波长为λ₃的量子光进行分离，第二波分复用器将波长为λ₃的量子光传输到窄带滤波器，第二波分复用器将波长为λ₂的经典光传输到第二波长转换器；

步骤7：第二波长转换器将波长为λ₂的经典光转换为波长为λ₁的经典光并将波长为λ₁的经典光传输到第二经典光通信设备；所述第二波长转换器用于改变经典光的波长从而将经典光传输到第二经典光通信设备；

步骤8：窄带滤波器滤掉量子光的杂散和反射波并将量子光传输到第二量子密码通信设备。

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