CN110620616B - 弱相干光源装置以及量子密钥分发系统 - Google Patents

弱相干光源装置以及量子密钥分发系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种弱相干光源装置以及QKD系统，本发明技术方案使用光源控制芯片控制窄脉冲产生模块以及控制检测电路，以控制激光器发射设定的相干光信号。分束器将所述相干光信号分为第一路光信号以及第二路光信号，光源控制芯片基于光电二极管以及转换电路检测第一路光信号的光强检测结果，控制可调光衰减器对所述第二路光信号进行衰减处理，形成用于量子通信的弱相干光信号。而且所述弱相干光源装置可以基于相干光信号的一部分对另一部分进行衰减控制，光路结构简单，易于实现控制。

Description

弱相干光源装置以及量子密钥分发系统
技术领域
本发明涉及光通信装置技术领域，更具体的说，涉及一种弱相干光源装置以及量子密钥分发系统。
背景技术
量子密钥分发(Quantum Key Distribution，QKD)技术能够在通信双方之间产生完全一致的无条件安全的密钥因而受到广泛关注。量子密钥分发与经典密钥体系的根本不同在于其采用单个光子或纠缠光子对作为密钥的载体，由量子力学的三大基本原理(海森堡测不准原理、测量塌缩理论、量子不可克隆定律)保证了该过程的不可窃听、不可破译性，从而提供了一种更为安全的密钥体系。
自从1984年BB84方案提出以来，关于量子密钥分发技术的各种理论方案日臻完善，技术实现逐渐成熟，使得基于量子密钥分发技术的量子通信系统以及量子通信方法走向实际应用。
在QKD系统中，单光子源是QKD系统的关键装置，由于目前技术条件的限制，暂时无法获得准确的单光子源。因此，在QKD工程应用系统中，普遍采用弱相干光源来替代单光子源。一般的，QKD系统中常规的光源装置是使用相干光源衰减到平均光子数小于1的弱相干光源来代替单光子源。
发明内容
本发明技术方案提供了一种弱相干光源装置以及QKD系统，可以将激光器发射的相干光信号衰减为弱相干光信号，用于QKD系统实现量子通信。
为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种弱相干光源装置，所述弱相干光源装置包括：
窄脉冲产生模块、激光器、光源控制芯片、控制检测电路、分束器、转换电路、光电二极管以及可调光衰减器；
所述窄脉冲产生模块用于控制所述激光器发射窄脉冲相干光信号；
所述分束器用于将所述相干光信号分为第一路光信号以及第二路光信号；
所述光电二极管用于将所述第一路光信号转换为电流信号；
所述转换电路用于将所述电流信号转换为电压信号；
所述光源控制芯片用于根据所述电压信号控制所述可调光衰减器，以对所述第二路光信号进行衰减处理，形成弱相干光信号；
所述控制检测电路用于检测所述激光器的工作温度以及工作状态，生成检测信号；
所述光源控制芯片还用于基于所述检测信号控制所述控制检测电路，以调节所述激光器的工作温度以及工作状态。
优选的，在上述弱相干光源装置中，所述光源控制芯片用于生成控制信号，所述控制信号包括时钟信号以及数据信号；
所述窄脉冲产生模块基于输入信号以及所述控制信号控制所述激光器发射相干光信号，所述输入信号包括诱骗态电信号和信号态电信号。
优选的，在上述弱相干光源装置中，所述窄脉冲产生模块包括：
第一高速脉冲甄别电路，用于获取所述输入信号；所述第一高速脉冲甄别电路依次通过第一高速窄脉冲产生电路和第一幅度调节电路与高速交流耦合电路的一个输入端连接；
第二高速脉冲甄别电路，用于获取所述输入信号；所述第二高速脉冲甄别电路依次通过第二高速窄脉冲产生电路和第二幅度调节电路与所述高速交流耦合电路的另一个输入端连接；
幅度及偏置控制电路，用于获取所述控制信号；所述幅度及偏置控制电路具有三个输出端口，两个输出端口分别与所述第一幅度调节电路以及第二幅度调节电路连接，另一个输出端口用于为所述激光器提供偏置控制信号；
所述高速交流耦合电路用于为所述激光器提供相干光窄脉冲的电驱动信号。
优选的，在上述弱相干光源装置中，所述第一高速脉冲甄别电路与所述第二高速脉冲甄别电路均为集成电路高速迟滞比较器裸芯片；
所述第一高速窄脉冲产生电路与所述第二高速窄脉冲产生电路均为双通道集成电路高速差分逻辑门裸芯片；
所述第一幅度调节电路与所述第二幅度调节电路均为射频三极管裸芯片；
所述幅度及偏置控制电路为集成电路模数转换器裸芯片；
所述高速交流耦合电路为容量等于预设值的电容。
优选的，在上述弱相干光源装置中，所述窄脉冲产生模块中，所述集成电路高速迟滞比较器裸芯片、所述双通道集成电路高速差分逻辑门裸芯片、所述射频三极管裸芯片、以及所述集成电路模数转换器裸芯片绑定在同一陶瓷基板上，封装在同一个壳体内。
优选的，在上述弱相干光源装置中，所述双通道集成电路高速差分逻辑门裸芯片中，其通道选择正极输入端通过电容与电源连接，使得其窄脉冲的产生基于电容充放电延时实现。
优选的，在上述弱相干光源装置中，所述集成电路高速迟滞比较器裸芯片具有两个输入端以及接地端；
所述两个输入端用于获取差分输入的所述信号态电信号或所述诱骗态电信号；所述两个输入端之间连接有第一电阻，所述第一电阻用于匹配高速迟滞比较器输入阻抗；所述接地端通过第二电阻接地，所述第二电阻用于调节迟滞比较电平。
优选的，在上述弱相干光源装置中，所述光源控制芯片包括：
分别与AXI数据总线连接的嵌入式处理器、闪存以及接口；所述嵌入式处理器用于进行数据处理，基于数据处理结果控制所述窄脉冲产生模块、所述控制检测电路以及所述可调光衰减器执行设定功能；所述闪存用于存储弱相干光源装置所有的配置参数；
第一数模转换器硬核，通过可调光衰减器驱动电路与所述AXI数据总线连接，所述第一数模转换器硬核与所述可调光衰减器驱动电路用于驱动可调光衰减器执行设定功能；
第一模数转换器硬核，通过光强检测电路与所述AXI数据总线连接，所述第一模数转换器硬核与所述光强检测电路用于进行光强检测；
第二数模转换器硬核，通过激光器温度控制电路与所述AXI数据总线连接，所述第二数模转换器硬核与所述激光器温度控制电路用于所述激光器温度的闭环控制；
第二模数转换器硬核，通过状态采集及监控电路与所述AXI数据总线连接，所述第二模数转换器硬核与所述状态采集及监控电路用于进行激光器状态采集及监控。
优选的，在上述弱相干光源装置中，所述第一路光信号的强度大于所述第二路光信号的强度。
本发明还提供了一种量子密钥分发系统，包括上述任一项所述的弱相干光源装置。
通过上述描述可知，本发明技术方案提供的弱相干光源装置以及QKD系统中，使用光源控制芯片控制窄脉冲产生模块以及控制检测电路，以控制激光器发射设定的相干光信号。分束器将所述相干光信号分为第一路光信号以及第二路光信号，光源控制芯片基于光电二极管以及转换电路检测第一路光信号的光强检测结果，控制可调光衰减器对所述第二路光信号进行衰减处理，形成用于量子通信的弱相干光信号。而且所述弱相干光源装置可以基于相干光信号的一部分对另一部分进行衰减控制，光路结构简单，易于实现控制。
传统弱相干光源装置采用多个独立的单芯片封装后，再在PCB板上连接。本发明实施例中，窄脉冲产生模块可以采用多芯片模块(MCM)封装技术，在一个模块中含有多个芯片，不仅提高封装密度，还由于多个芯片之间的间距减小，布线密度提高，以致整个模块的性能及可靠性相对于传统光源装置结构而言有明显提高。同时，窄脉冲产生模块采用MCM封装技术，缩短了芯片间的传输距离，传输线效应可以忽略，不需要进行阻抗匹配，功耗明显降低。进一步的，光源控制芯片可以采用SoC技术，将VOA驱动功能、光强检测功能、激光器温度控制功能及状态采集和监控功能进行IP化设计，一方面极大的提升了弱相干光源装置电路的集成度，缩小电路的面积，另一方面具有更高的可靠性和可扩展性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的一种弱相干光源装置的结构示意图；
图2为本发明实施例提供的一种窄脉冲产生模块的结构示意图；
图3为本发明实施例提供的一种集成电路高速迟滞比较器裸芯片的电路图；
图4为本发明实施例提供的一种双通道集成电路高速差分逻辑门裸芯片的电路图；
图5为本发明实施例提供的一种窄脉冲产生波形时序图；
图6为本发明实施例提供的一种所述光源控制芯片的系统架构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
目前，弱相干光源装置通常采用分立电路和元件搭建驱动和控制电路来实现，其体积相对较大，灵活性相对较差，不能满足日益增长的QKD系统小型化需求。为了减小弱相干光源装置的体积，减小相关电路的体积，需要提高分立电路的集成度。本发明采用多模块封装技术和片上系统的方式进行设计代替传统的电路设计，提供了一种集成化弱相干光源装置，解决QKD系统中弱相干光源装置集成度差、体积大、灵活性低的问题，并且能够有效提高弱相干光源的速率及可靠性，从而提高量子密钥分发系统的成码率及通信距离。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
参考图1，图1为本发明实施例提供的一种弱相干光源装置的结构示意图，所示弱相干光源装置包括：窄脉冲产生模块11、激光器DFB-LD、光源控制芯片12、控制检测电路13、分束器BS、转换电路14、光电二极管PD以及可调光衰减器15。本发明实施例中光源控制芯片12可以为光源控制SOC(System on Chip，片上系统)，也可以是其他类型芯片构架，只要可以形成本发明实施例所述光源控制芯片12的相同功能即可，所述可调光衰减器15可以为MEMS VOA(微机电控可调光衰减器)，也可以是其他类型的可调光衰减器。
所述窄脉冲产生模块11用于控制所述激光器DFB-LD发射相干光信号X3；所述分束器BS用于将所述相干光信号X3分为第一路光信号X10以及第二路光信号X11；所述光电二极管PD用于将所述第一路光信号X10转换为电流信号X9；所述转换电路14用于将所述电流信号X9转换为电压信号X8；所述光源控制芯片12用于根据所述电压信号X8控制所述可调光衰减器15，以对所述第二路光信号X11进行衰减处理，形成弱相干光信号X12；所述控制检测电路13用于检测所述激光器DFB-LD的工作温度以及工作状态，生成检测信号X6；所述光源控制芯片12还用于基于所述检测信号X6控制所述控制检测电路13，以调节所述激光器DFB-LD的工作温度以及工作状态。
所述光源控制芯片12用于生成控制信号X4，所述控制信号X4可以为包含时钟信号及数据信号的IIC信号，也可以为其他协议信号。所述窄脉冲产生模块11基于输入信号X1以及所述控制信号X4控制所述激光器DFB-LD发射相干光信号X3，所述输入信号X1包括诱骗态电信号和信号态电信号。
所述窄脉冲产生模块11根据输入信号X1以及所述控制信号X4生成信号X2，通过信号X2控制所述激光器DFB-LD发射相干光信号X3。所述控制检测电路13检测所述激光器DFB-LD的工作温度以及工作状态，获取检测参数X5，所述光源控制芯片12基于检测参数X5生成控制信号X6，所述控制检测电路13根据控制信号X6控制激光器DFB-LD的工作温度及工作状态。所述光源控制芯片12根据所述电压信号X8生成控制信号X7，控制所述可调光衰减器15，对所述第二路光信号X11进行衰减处理，形成弱相干光信号X12。
其中，所述第一路光信号X10的强度大于所述第二路光信号X11的强度。所述弱相干光源装置用于形成弱相干光信号X12，而随着所述第一路光信号X10的强度大于所述第二路光信号X11的强度，可以使得较大一部分光强用于光电二极管的光电转换，便于其进行光电转换，可以使得较小一部分光强用于制备弱相干光信号X12。具体的，所述分束器BS的分光比为99:1，所述第一路光信号X10与所述第二路光信号X11的强度比为99:1。可以根据实际需求设定所述分束器BS的分光比。
窄脉冲产生模块11用于完成差分输入的诱骗态电信号以及信号态电信号的甄别，用于控制高速窄脉冲产生，用于激光器驱动信号的幅度调节等功能。光源控制芯片12用于完成窄脉冲产生模块11控制、激光器工作状态监控、光强检测及反馈调节等功能。控制检测电路13用于控制激光器DFB-LD的工作温度恒定并且对激光器DFB-LD的工作状态进行检测。激光器DFB-LD为半导体激光器。激光器DFB-LD用于完成电信号转换成相干光信号的功能。光电二极管PD及转换电路14用于完成光源光强的监测。光电二极管PD可以为PIN光电二极管。可调光衰减器15用于完成将相干光信号X3衰减成弱相干光信号的功能。
表1
Figure GDA0003847315800000071
Figure GDA0003847315800000081
本发明图1所示方式中，各个信号的编号以及对应含义可以参照上表1所示。
图1所示弱相干光源装置的工作原理如下：基于量子通信应用协议的输入信号X1输入到窄脉冲产生模块11，经过窄脉冲产生模块11的处理后变为信号X2输入到激光器DFB-LD中，产生相干光信号X3。相干光信号X3经过99:1的光分束器BS后分为第一路光信号X10和第二路光信号X11，第一路光信号X10和第二路光信号X11的强度比为99:1。第一路光信号X10经过光电二极管PD后转换为电流信号X9，再经过转换电路14转换为电压信号X8后，输入到光源控制芯片12进行处理。光源控制芯片12通过计算电压信号X8的强度，输出控制信号X7控制可调光衰减器15对第二路光信号X11进行相应衰减，衰减后的弱相干光信号X12即为量子通信所需的弱相干光信号。另外，光源控制芯片12为控制中心，其与窄脉冲产生模块11通过IIC接口或其他接口方式进行通信，通过与控制检测电路13的交互，控制和监测激光器DFB-LD的工作状态等。
参考图2，图2为本发明实施例提供的一种窄脉冲产生模块的结构示意图，所示窄脉冲产生模块11包括：第一高速脉冲甄别电路21以及第二高速脉冲甄别电路25。
第一高速脉冲甄别电路21用于获取所述输入信号X1，第一高速脉冲甄别电路21获取差分输入的所述信号态电信号和所述诱骗态电信号；所述第一高速脉冲甄别电路21依次通过第一高速窄脉冲产生电路22和第一幅度调节电路23与高速交流耦合电路24的一个输入端连接。
第二高速脉冲甄别电路25用于获取所述输入信号X1，差分输入的所述信号态电信号和所述诱骗态电信号；所述第二高速脉冲甄别电路25依次通过第二高速窄脉冲产生电路26和第二幅度调节电路27与所述高速交流耦合电路24的另一个输入端连接。
幅度及偏置控制电路28，用于获取所述控制信号X4；所述幅度及偏置控制电路28具有三个输出端口，两个输出端口分别与所述第一幅度调节电路23以及第二幅度调节电路27连接，另一个输出端口用于为所述激光器DFB-LD提供偏置控制信号X21。
所述高速交流耦合电路24用于为所述激光器DFB-LD提供相干光窄脉冲的电驱动信号X22。
所述第一高速脉冲甄别电路21与所述第二高速脉冲甄别电路25均为如图3所示的集成电路高速迟滞比较器裸芯片U1，图3为本发明实施例提供的一种集成电路高速迟滞比较器裸芯片的电路图，图3所示集成电路高速迟滞比较器裸芯片U1的输入和输出均为差分信号。
所述集成电路高速迟滞比较器裸芯片U1具有两个输入端以及接地端。所述两个输入端用于获取差分输入的所述信号态电信号和所述诱骗态电信号；所述两个输入端之间连接有第一电阻R1，所述第一电阻用于匹配高速迟滞比较器阻抗；所述接地端通过第二电阻R2接地，所述第二电阻R2用于调节迟滞比较电平。具体的，集成电路高速迟滞比较器裸芯片U1的一个输入端IN_P输入信号Sig_P，另一个输入端IN_N输入信号Sig_N，信号Sig_P与信号Sig_N分别为信号态电信号或者诱骗态电信号的正负极。其两个输出端(OUT_P和OUT_N)分别输出信号Sig1_P与信号Sig1_N，信号Sig1_P为正极输出信号，信号Sig1_N为负极输出信号。集成电路高速迟滞比较器裸芯片U1具有用于调节迟滞电平的输入端口HYS，该输入端口HYS通过电阻R2接地，可以通过配置该电阻R2来调节集成电路高速迟滞比较器裸芯片U1的迟滞电平。
所述第一高速窄脉冲产生电路22与所述第二高速窄脉冲产生电路26均为如图4所示的双通道集成电路高速差分逻辑门裸芯片U2，图4为本发明实施例提供的一种双通道集成电路高速差分逻辑门裸芯片的电路图。
信号Sig1_P接双通道集成电路高速差分逻辑门裸芯片U2的第2通道的正极输入端D1_P。电容C1的一个电极输入信号Sig1_N，且该电极连接双通道集成电路高速差分逻辑门裸芯片U2的通道选择正极输入端，为通道选择正极输入端输入信号Sig1_N_C，电容C1的另一个电极与电源VCC以及通道选择阻抗端连接。双通道集成电路高速差分逻辑门裸芯片U2的第1通道的正极端D0_P接地，第1通道的负极端D0_N接电源VCC，以使得第1通道接低电平。第2通道的负极端D1_N通过电阻R3接地。该正极端D1_P还通过电阻R5与电源VCC连接，该负极端D1_N还通过电阻R6与电源VCC连接。R5与R6可以均等于50Ω，R5与R6阻值可以根据需求设定，包括不局限于50Ω。
双通道集成电路高速差分逻辑门裸芯片U2的通道选择负极输入端通过电阻R4接地。所述双通道集成电路高速差分逻辑门裸芯片U2中，设置其通道选择正极输入端通过电容C1与电源VCC连接，可以使得其窄脉冲的产生基于电容C1延时实现。双通道集成电路高速差分逻辑门裸芯片U2的正极输出端OUT_P输出信号Sig2_P，其负极输出端OUT_N输出信号Sig2_N。信号Sig2_P与Sig2_N输入到对应幅度调节电路。
所述第一幅度调节电路23与所述第二幅度调节电路27均为射频三极管裸芯片。所述幅度及偏置控制电路28为集成电路模数转换器裸芯片。所述高速交流耦合电路24为容量等于预设值的电容，为小容量的电容。该预设值可以为100pF。电容容量与需求的脉冲宽度有关，需求脉冲宽度越窄，电容容值越小，故可以根据需要的脉冲宽度选择电容值，包括但不局限于100pF。电容为普通电容，容值选型主要根据脉冲宽度进行计算。
需要说明的是，本发明实施例中，高速指频率大于1GHz。所述窄脉冲产生模块11中，采用多芯片模块(MCM)封装技术，所述集成电路高速迟滞比较器裸芯片U1、所述双通道集成电路高速差分逻辑门裸芯片U2、所述射频三极管裸芯片、以及所述集成电路模数转换器裸芯片绑定在同一陶瓷基板上，封装在同一个壳体内，极大的缩短芯片间的距离，降低信号的延迟，提升信号完整性，提高信号的速率。
图4所示双通道集成电路高速差分逻辑门裸芯片U2信号时序如图5所示，图5为本发明实施例提供的一种窄脉冲产生波形时序图，信号Sig1_N经过电容C1后下降沿变缓，形成延时后的信号Sig1_N_C。在信号Sig1_N_C由高电平向低电平跳变的过程中，信号Sig1_P由低电平向高电平跳变，由于信号Sig1_P跳变较快，信号Sig1_P与信号Sig1_N_C在较短的一段时间内同时为高电平，此段时间内产生的输出脉冲即为窄脉冲。
MCM封装的窄脉冲产生模块11中，对外接口输入/输出信号需要包括但不局限于表2所示方式：
表2
序号 信号名称 输入输出方式 释义
B1 VCC 输入 电源输入
B2 GND 输入 电源输入
B3 OP_SCL 输入 IIC时钟信号
B4 OP_SDO 输入/输出 IIC数据信号
B5 Sig_P 输入 信号态差分输入正极
B6 Sig_N 输入 信号态差分输入负极
B7 Dec_P 输入 诱骗态差分输入正极
B8 Dec_N 输入 诱骗态差分输入负极
B9 V_LD+ 输出 激光器正极偏置电压
B10 V_LD- 输出 激光器负极偏置电压
B11 I_BIAS 输出 激光器直流偏置信号
所述光源控制芯片12如图6所示，图6为本发明实施例提供的一种所述光源控制芯片的结构示意图，所示所述光源控制芯片12包括：分别与AXI数据总线31连接的嵌入式处理器32、闪存(FLASH)33以及接口34；所述嵌入式处理器32用于进行数据处理，基于数据处理结果控制所述窄脉冲产生模块11、所述控制检测电路13以及可调光衰减器15执行设定功能；所述FLASH 33用于存储弱相干光源装置所有的配置参数。FLASH 33具有串行外设接口(SPI)。接口34包括IIC协议接口、UART协议接口、SPI协议接口以及GPIO协议接口中的一个或是多个。
所述光源控制芯片12还包括第一数模转换器硬核35，通过VOA驱动电路36与所述AXI数据总线31连接，所述第一数模转换器硬核35与所述VOA驱动电路36用于驱动可调光衰减器15执行设定功能。
所述光源控制芯片12还包括第一模数转换器硬核37，通过光强检测电路38与所述AXI数据总线31连接，所述第一模数转换器硬核37与所述光强检测电路38用于进行光强检测。
所述光源控制芯片12还包括第二数模转换器硬核39，通过激光器温度控制电路40与所述AXI数据总线31连接，所述第二数模转换器硬核39与所述激光器温度控制电路40用于所述激光器DFB-LD温度的闭环控制。
所述光源控制芯片12还包括第二模数转换器硬核41，通过状态采集及监控电路42与所述AXI数据总线31连接，所述第二模数转换器硬核41与所述状态采集及监控电路42用于进行激光器状态采集及监控。
图6中，信号X6-1为激光器温度控制信号，信号X6-2为状态检测信号。上述信号X6包括信号X6-1和信号X6-2。
所述光源控制芯片12中，对外接口输入/输出信号需要包括但不局限于表3所示方式：
表3
Figure GDA0003847315800000121
表3中，A1和A2为信号X4，A3和A4为信号X7，A5为信号X8，A7为信号X6的一部分，A6和A8为信号X6的一部分。
所述光源控制芯片12为自定义的SoC，其VOA驱动电路36、光强检测电路38、激光器温度控制电路40、状态采集及监控电路42均适用于自定义设计IP核。
本发明实施例所述弱相干光源装置具有如下优点：
传统弱相干光源装置采用多个独立的单芯片封装后，再在PCB板上连接。本发明实施例中，窄脉冲产生模块11采用多芯片模块(MCM)封装技术,在一个模块中含有多个芯片，不仅提高封装密度，还由于多个芯片之间的间距减小，布线密度提高，以致整个模块的性能及可靠性相对于传统光源装置结构而言有明显提高。
窄脉冲产生模块11采用MCM封装技术，缩短了芯片间的传输距离，传输线效应可以忽略，不需要进行阻抗匹配，功耗明显降低。
光源控制芯片12采用SoC技术，将VOA驱动功能、光强检测功能、激光器温度控制功能及状态采集和监控功能进行IP化设计，一方面极大的提升了弱相干光源装置电路的集成度，缩小电路的面积，另一方面具有更高的可靠性和可扩展性。
基于上述实施例，本发明另一实施例还提供了一种QKD系统，所述QKD系统包括上述实施例弱相干光源装置。本发明实施例所述QKD系统具有上述实施例所述的弱相干光源装置，具有更高的集成度，电路结构简单，体积小，可靠性和稳定性好，具有较好的可扩展性。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的QKD系统而言，由于其与实施例公开的弱相干光源装置相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见弱相干光源装置部分说明即可。
还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括上述要素的物品或者设备中还存在另外的相同要素。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种弱相干光源装置，其特征在于，所述弱相干光源装置包括：
窄脉冲产生模块、激光器、光源控制芯片、控制检测电路、分束器、转换电路、光电二极管以及可调光衰减器；
所述窄脉冲产生模块用于控制所述激光器发射窄脉冲相干光信号；
所述分束器用于将所述相干光信号分为第一路光信号以及第二路光信号；
所述光电二极管用于将所述第一路光信号转换为电流信号；
所述转换电路用于将所述电流信号转换为电压信号；
所述光源控制芯片用于根据所述电压信号控制所述可调光衰减器，以对所述第二路光信号进行衰减处理，形成弱相干光信号；
所述控制检测电路用于检测所述激光器的工作温度以及工作状态，生成检测信号；
所述光源控制芯片还用于基于所述检测信号控制所述控制检测电路，以调节所述激光器的工作温度以及工作状态。
2.根据权利要求1所述的弱相干光源装置，其特征在于，所述光源控制芯片用于生成控制信号，所述控制信号包括时钟信号以及数据信号；
所述窄脉冲产生模块基于输入信号以及所述控制信号控制所述激光器发射相干光信号，所述输入信号包括诱骗态电信号和信号态电信号。
3.根据权利要求2所述的弱相干光源装置，其特征在于，所述窄脉冲产生模块包括：
第一高速脉冲甄别电路，用于获取所述输入信号；所述第一高速脉冲甄别电路依次通过第一高速窄脉冲产生电路和第一幅度调节电路与高速交流耦合电路的一个输入端连接；
第二高速脉冲甄别电路，用于获取所述输入信号；所述第二高速脉冲甄别电路依次通过第二高速窄脉冲产生电路和第二幅度调节电路与所述高速交流耦合电路的另一个输入端连接；
幅度及偏置控制电路，用于获取所述控制信号；所述幅度及偏置控制电路具有三个输出端口，两个输出端口分别与所述第一幅度调节电路以及第二幅度调节电路连接，另一个输出端口用于为所述激光器提供偏置控制信号；
所述高速交流耦合电路用于为所述激光器提供相干光窄脉冲的电驱动信号。
4.根据权利要求3所述的弱相干光源装置，其特征在于，所述第一高速脉冲甄别电路与所述第二高速脉冲甄别电路均为集成电路高速迟滞比较器裸芯片；
所述第一高速窄脉冲产生电路与所述第二高速窄脉冲产生电路均为双通道集成电路高速差分逻辑门裸芯片；
所述第一幅度调节电路与所述第二幅度调节电路均为射频三极管裸芯片；
所述幅度及偏置控制电路为集成电路模数转换器裸芯片；
所述高速交流耦合电路为容量等于预设值的电容。
5.根据权利要求4所述的弱相干光源装置，其特征在于，所述窄脉冲产生模块中，所述集成电路高速迟滞比较器裸芯片、所述双通道集成电路高速差分逻辑门裸芯片、所述射频三极管裸芯片、以及所述集成电路模数转换器裸芯片绑定在同一陶瓷基板上，封装在同一个壳体内。
6.根据权利要求4所述的弱相干光源装置，其特征在于，所述双通道集成电路高速差分逻辑门裸芯片中，其通道选择正极输入端通过电容与电源连接，使得其窄脉冲的产生基于电容延时实现。
7.根据权利要求4所述的弱相干光源装置，其特征在于，所述集成电路高速迟滞比较器裸芯片具有两个输入端以及接地端；
所述两个输入端用于获取差分输入的所述信号态电信号或所述诱骗态电信号的正极和负极；所述两个输入端之间连接有第一电阻，所述第一电阻用于匹配高速迟滞比较器阻抗；所述接地端通过第二电阻接地，所述第二电阻用于调节迟滞比较电平。
8.根据权利要求1所述的弱相干光源装置，其特征在于，所述光源控制芯片包括：
分别与AXI数据总线连接的嵌入式处理器、闪存以及接口；所述嵌入式处理器用于进行数据处理，基于数据处理结果控制所述窄脉冲产生模块、所述控制检测电路以及所述可调光衰减器执行设定功能；所述闪存用于存储弱相干光源装置所有的配置参数；
第一数模转换器硬核，通过可调光衰减器驱动电路与所述AXI数据总线连接，所述第一数模转换器硬核与所述可调光衰减器驱动电路用于驱动可调光衰减器执行设定功能；
第一模数转换器硬核，通过光强检测电路与所述AXI数据总线连接，所述第一模数转换器硬核与所述光强检测电路用于进行光强检测；
第二数模转换器硬核，通过激光器温度控制电路与所述AXI数据总线连接，所述第二数模转换器硬核与所述激光器温度控制电路用于所述激光器温度的闭环控制；
第二模数转换器硬核，通过状态采集及监控电路与所述AXI数据总线连接，所述第二模数转换器硬核与所述状态采集及监控电路用于进行激光器状态采集及监控。
9.根据权利要求1-8任一项所述的弱相干光源装置，其特征在于，所述第一路光信号的强度大于所述第二路光信号的强度。
10.一种量子密钥分发系统，其特征在于，包括：如权利要求1-9任一项所述的弱相干光源装置。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111969404B (zh) * 2020-10-21 2022-02-22 国开启科量子技术(北京)有限公司 一种无需强度调制器实现的诱骗态制备方法及装置
GB2615354A (en) * 2022-02-07 2023-08-09 Aegiq Ltd Free space quantum key distribution

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101394195B (zh) * 2008-10-17 2013-03-27 闻泰通讯股份有限公司 一种抑制gsm带外杂散的方法
CN106357399B (zh) * 2016-10-26 2019-09-24 深圳市太赫兹科技创新研究院有限公司 一种量子密钥分发光源监控装置及其监控方法
CN207442865U (zh) * 2017-11-15 2018-06-01 中国人民解放军西安通信学院 基于波分复用的波长路由量子密钥分发网的中心节点构建

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN209218096U (zh) * 2018-12-18 2019-08-06 科大国盾量子技术股份有限公司 弱相干光源装置以及量子密钥分发系统

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