CN109327266A - 一种适用于cvqkd系统的高消光比光脉冲产生方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种适用于CVQKD系统的高消光比光脉冲产生方法，激光器产生的连续光经CIR进入BS，然后按强度分束比分成BS3和BS4两束，从BS3输出的光信号经环路顺时针旋转传输后通过BS4回到保偏光耦合器BS，然后被分成两束S341和S342；从BS4输出的光信号经环路逆时针旋转传输后通过BS3回到保偏光耦合器BS，然后被分成两束S431和S432，S341和S431的干涉结果从CIR3输出至端口Port2；S342和S432的干涉结果从BS2输出至Port3。与现有技术相比，本发明的积极效果是：成本低；实现简单、稳定；倍频；消光比极高。

Description

一种适用于CVQKD系统的高消光比光脉冲产生方法
技术领域
本发明涉及一种适用于连续变量量子密码系统的高消光比光脉冲产生方法。
背景技术
在连续变量量子密钥分发系统中，高消光比光脉冲的产生作为量子态信号制备中的一项关键技术，影响着系统的安全码率。密钥分发系统发送端的信号光强很弱，通常只有几十光子/脉冲量级。而在系统接收端由于采用平衡零差探测，要求本振光的强度很高，通常在108/脉冲量级。因此如何获得高消光比的光脉冲，使分束出来的本振光脉冲的“无光部分”残留光子尽量小，减小其对光强同样很弱的信号光的干扰，同时避免由于接收端器件不完美导致的探测效率降低，同时提高系统的安全码率是一个技术难点。
在获取高消光比光脉冲的方法中，较经典的方式是采用两个强度调制器(Amplitude Modulator,AM)级联，对第一个AM产生的消光比较弱的光脉冲进行二次调制，使有光的部分更强，“无光”的部分更弱，从而达到提高消光比的目的。这种方法需要两个AM，成本较高，且其需要匹配偏置点控制器(Modulator Bias Controller,MBC)才能有效实现单只的AM固有消光比光脉冲的产生。值得一提的是MBC是AM使用的另一项关键技术，且在AM级联的使用方式下，需要单独开发设计，实现具有一定难度。
一般的，在连续变量量子密钥分发系统中采用强度调制器对连续光进行外调制的方法来产生光脉冲。为了实现连续变量量子密钥分发系统对脉冲光要达到80dB消光比的要求，通常连续变量量子密钥分发系统中采用两级强度调制级联调制或者选用消光比指标特别高的强度调制器(目前一般强度调制器的消光比≤40dB)。采用级联强度调制器实现高消光比光脉冲的方式，其系统组成复杂，所需外部反馈监控信号多，系统稳定性不好；另外采用单级消光比指标特别高的强度调制器，目前市面上难以找到具备该性能的商业器件，单独定制受限于物理工艺等因素，实现困难且成本巨大。
发明内容
为了克服现有技术的上述难点，本发明针对连续变量量子密码系统对高消光比光脉冲的需求，提供了一种适用于连续变量量子密钥分发系统的高消光比光脉冲产生方法，该方法只需要采用两个无源器件(光环形器和2x2光耦合器)和一个相位调制器就可以产生高消光比的光脉冲，而且不存在偏置点漂移、无需反馈控制，同时实现结构简单、成本低、对调制信号要求低、且产生信号的频率可调、消光比高的优点，为连续变量量子密钥分发系统的稳定、高效运行奠定坚实的基础。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种适用于CVQKD系统的高消光比光脉冲产生系统，包括保偏光环形器CIR、保偏光耦合器BS、相位调制器PM和延时光纤DL，其中：保偏光环形器CIR具有三个口CIR1、CIR2和CIR3，保偏光耦合器BS具有四个口BS1、BS2、BS3和BS4，相位调制器PM具有两个口PM1和PM2，延时光纤DL具有两个口DL1和DL2，所述CIR2与BS1连接，所述BS3与PM1连接，所述PM2与DL2连接，所述DL1与BS4连接，所述CIR1外接端口Port1，输入光源激光器发出的连续光从端口Port1经CIR1进入CIR；所述CIR3外接端口Port2；所述BS2外接端口Port3。
本发明还提供了一种适用于CVQKD系统的高消光比光脉冲产生方法，激光器产生的连续光从Port1端口输入进CIR1，从CIR2输出后通过BS1进入保偏光耦合器BS，然后按强度分束比分成BS3和BS4两束，其中：
从BS3输出的光信号经环路顺时针旋转传输后通过BS4回到保偏光耦合器BS，成为光信号S34；S34经过BS被分成两束S341和S342，分别从BS1和BS2输出；
从BS4输出的光信号经环路逆时针旋转传输后通过BS3回到保偏光耦合器BS，成为光信号S43；S43经过BS被分成两束S431和S432，分别从BS1和BS2输出；
S341和S431的干涉结果I1从CIR2输入至CIR，并从CIR3输出至端口Port2；S342和S432的干涉结果I2从BS2输出至Port3。
与现有技术相比，本发明的积极效果是：
1、成本低：只需要一个相位调制器和两个无源器件，大大降低了成本；
2、实现简单、稳定：无需单独开发设计偏置点控制器来匹配强度调制器，只需加载一路射频信号给相位调制器即可实现高消光比光脉冲的产生，且射频信号实现较简单；
3、倍频：产生的光脉冲重复频率是原调制信号的2倍；
4、消光比极高：产生的光脉冲“无光部分”接近器件工艺极限，与外部调制信号无关。
附图说明
本发明将通过例子并参照附图的方式说明，其中：
图1为高消光比光脉冲产生方案示意图；
图2为加载给相位调制器的电信号示意图；
图3为高消光比光脉冲时序示意图。
具体实施方式
本发明提出了一种适用于连续变量量子密钥分发系统的高消光比光脉冲产生方法，可作为连续变量量子密钥分发系统中的量子态信号源，也可用于其它需要高消光比光脉冲的应用领域。如图1所示，该方案的实现主要包括：1)保偏光环形器CIR；2)2x2保偏光耦合器BS；3)相位调制器PM；4)延时光纤DL。连续光从Port1端口输入进CIR1，从CIR2输出后通过BS1进入BS。从BS1输入的光信号经BS后按BS的强度分束比分成两束BS3和BS4，从BS3输出的光信号通过PM1进入PM，并从PM2输出，再经过DL从DL2输出至DL1，然后通过BS4进入BS，即从BS3输出的光信号经环路顺时针旋转传输后通过BS4回到BS，回到BS后的信号称为S34；从BS4输出的光信号经过DL从DL1输出至DL2，再通过PM2进入PM，并从PM1输出，然后通过BS3进入BS，即从BS4输出的光信号经环路逆时针旋转输出传输后通过BS3回到BS，回到BS后的光信号称为S43。S34经过BS会被分成两束，从BS1和BS2输出，记为S341和S342；S43经过BS也会被分成两束，从BS1和BS2输出，记为S431和S432；此时，S341和S431干涉，结果记为I1，然后从CIR2输入至CIR，从CIR3输出至Port2；S342和S432干涉，结果记为I2，输出至Port3。
光脉冲产生过程说明：给PM加载如图2所示的电信号，方波，频率为T，Vpp＝V＝Vpi(相位调制器半波电压)，那么S34和S43所经历的电信号调制时序如图3所示。其中DL引入的延时差为t，产生的光脉冲周期为T’，由于在方案中PM所在的环路中，PM不在环路正中间，因此顺逆时针光信号到达PM存在延时差t，由DL长度决定。由干涉原理可知，当两束光干涉后的强度与两束光的相位差相关。而由BS的传递函数可知，Port2输出信号和Port3输出信号是干涉的相干相长和相消臂，即调制电压相同的光信号干涉为最大和最小，由此可得到如图3所示的光脉冲。根据应用场景的不同，可优选的选择Port2和Port3输出的信号。在连续变量量子密钥分发系统中，高消光比光脉冲优选的选择Port3端口输出的信号。原因在于，我们需要严格控制“无光部分”的光信号强度，Port3输出信号的“无光部分”是自然产生的，也就是电压相同部分是显而易见的，无需额外控制。而Port2输出信号的“无光部分”是依赖电压差值V的，如果V的加载值不准确等于π，会引入一定误差，导致“无光部分”残余光子，从而导致消光比不佳。
本发明中输入的光源为激光器，它们的中心波长可选取为紫外到远红外波段中的任一个光波长；所述激光器可以为半导体激光器、气体激光器、染料激光器和固体激光器中的任一种形式。也可以是脉冲光，用来再一次提升消光比。
本发明中激光输入进环形器，保证了激光器输出光信号向BS的单向传输，所述环形器可以是隔离器，空间光隔离器或光纤隔离器等可完成单向输出功能的器件。
本发明中从CIR输出的光信号输入进50:50的4端口光学分/和束器，并在传输一圈后回到光学分/和束器的两个端口输出两束光的干涉结果。其中的光学分/和束器的分光比为50:50，也可以为任意比例值，比例精度覆盖0.1～0.001。
本发明中DL的长度实现的延时t，加载的RF信号周期为T，满足关系t<T。
本发明中加载给PM的电信号耦合方式为直流，也可以为交流，Vpp为Vpi，也可以为任意值。

Claims (8)

1.一种适用于CVQKD系统的高消光比光脉冲产生方法，其特征在于：包括保偏光环形器CIR、保偏光耦合器BS、相位调制器PM和延时光纤DL，其中：保偏光环形器CIR具有三个口CIR1、CIR2和CIR3，保偏光耦合器BS具有四个口BS1、BS2、BS3和BS4，相位调制器PM具有两个口PM1和PM2，延时光纤DL具有两个口DL1和DL2，所述CIR2与BS1连接，所述BS3与PM1连接，所述PM2与DL2连接，所述DL1与BS4连接，所述CIR1外接端口Port1，输入光源激光器发出的连续光从端口Port1经CIR1进入CIR；所述CIR3外接端口Port2；所述BS2外接端口Port3。
2.根据权利要求1所述的一种适用于CVQKD系统的高消光比光脉冲产生方法，其特征在于：所述激光器的中心波长为紫外到远红外波段中的任一个光波长。
3.根据权利要求1所述的一种适用于CVQKD系统的高消光比光脉冲产生方法，其特征在于：所述激光器为半导体激光器、气体激光器、染料激光器、固体激光器或脉冲光。
4.根据权利要求1所述的一种适用于CVQKD系统的高消光比光脉冲产生方法，其特征在于：所述保偏光环形器CIR为隔离器、空间光隔离器或光纤隔离器。
5.根据权利要求1所述的一种适用于CVQKD系统的高消光比光脉冲产生方法，其特征在于：所述保偏光耦合器BS为4端口光学分/和束器。
6.根据权利要求1所述的一种适用于CVQKD系统的高消光比光脉冲产生方法，其特征在于：激光器产生的连续光从Port1端口输入进CIR1，从CIR2输出后通过BS1进入保偏光耦合器BS，然后按强度分束比分成BS3和BS4两束，其中：
从BS3输出的光信号经环路顺时针旋转传输后通过BS4回到保偏光耦合器BS，成为光信号S34；S34经过BS被分成两束S341和S342，分别从BS1和BS2输出；
从BS4输出的光信号经环路逆时针旋转传输后通过BS3回到保偏光耦合器BS，成为光信号S43；S43经过BS被分成两束S431和S432，分别从BS1和BS2输出；
S341和S431的干涉结果I1从CIR2输入至CIR，并从CIR3输出至端口Port2；S342和S432的干涉结果I2从BS2输出至Port3。
7.根据权利要求6所述的一种适用于CVQKD系统的高消光比光脉冲产生方法，其特征在于：所述环路是指所述BS3与PM1连接、所述PM2与DL2连接、所述DL1与BS4连接后构成的回路。
8.根据权利要求6所述的一种适用于CVQKD系统的高消光比光脉冲产生方法，其特征在于：给相位调制器PM加载的电信号为：方波，频率为T，Vpp＝V＝Vpi，耦合方式为直流或交流；延时光纤DL引入的延时差为t，产生的光脉冲周期为T’，满足关系T＝2(t+T’)。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110943836A (zh) * 2019-12-26 2020-03-31 中国电子科技集团公司第三十研究所 一种实现平衡探测系统自动平衡的装置及方法

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6445455B1 (en) * 2000-05-23 2002-09-03 Northrop Grumman Corporation Phase and intensity modulated IFOG
CN101216149A (zh) * 2007-12-27 2008-07-09 电子科技大学 长距离管线安全监测的光纤分布式监测方法及装置
US20100067923A1 (en) * 2008-09-16 2010-03-18 Oki Electric Industry Co., Ltd. Optical M-ary modulator
CN103475425A (zh) * 2013-07-26 2013-12-25 华东师范大学 基于法拉第-萨格奈克环的单光子源及其实现方法
CN105897413A (zh) * 2016-05-26 2016-08-24 安徽问天量子科技股份有限公司 基于sagnac环的相位调制偏振编码的QKD系统
US9923631B1 (en) * 2014-03-31 2018-03-20 Eospace Inc. Optical signal processing characterization of microwave and electro-optic devices

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6445455B1 (en) * 2000-05-23 2002-09-03 Northrop Grumman Corporation Phase and intensity modulated IFOG
CN101216149A (zh) * 2007-12-27 2008-07-09 电子科技大学 长距离管线安全监测的光纤分布式监测方法及装置
US20100067923A1 (en) * 2008-09-16 2010-03-18 Oki Electric Industry Co., Ltd. Optical M-ary modulator
CN103475425A (zh) * 2013-07-26 2013-12-25 华东师范大学 基于法拉第-萨格奈克环的单光子源及其实现方法
US9923631B1 (en) * 2014-03-31 2018-03-20 Eospace Inc. Optical signal processing characterization of microwave and electro-optic devices
CN105897413A (zh) * 2016-05-26 2016-08-24 安徽问天量子科技股份有限公司 基于sagnac环的相位调制偏振编码的QKD系统

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
O.G. OKHOTNIKOV: "Pulse generation through optical switching in phase driven loop mirror", 《ELECTRONICS LETTERS》 *
欧中华: "基于光栅Sagnac环的自发布里渊散射检测方法", 《压电与声光》 *

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110943836A (zh) * 2019-12-26 2020-03-31 中国电子科技集团公司第三十研究所 一种实现平衡探测系统自动平衡的装置及方法
CN110943836B (zh) * 2019-12-26 2022-03-18 中国电子科技集团公司第三十研究所 一种实现平衡探测系统自动平衡的装置及方法

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