CN113824508B - 强度调制器偏置点标定设备及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开的强度调制器偏置点标定设备及方法，涉及光通信技术领域，通过在强度调制器的偏置电压输入端加载初始射频电压V_RF0，根据设定的步长，增加初始射频电压V_RF0至V_RF1，扫描强度调制器两端的直流偏置电压V_DC，实时判断强度调制器的输出功率是否达到最大值，当确定强度调制器的输出功率达到最大值时，计算强度调制器输出的脉冲光中信号态的脉冲光与诱骗态的脉冲光的功率比，判断功率比与预设的比值是否一致，若是，则记录当前加载于所述强度调制器的射频电压V_RF，将射频电压V_RF作为强度调制器的最佳射频电压，实现了对强度调制器偏置点进行标定，无需考虑输出功率变化的问题，不受其他因素干扰，实现了对强度调制器偏置点的精准标定。

Description

强度调制器偏置点标定设备及方法

技术领域

本发明涉及光通信技术领域，具体涉及一种强度调制器偏置点标定设备及方法。

背景技术

强度调制器作为通信系统中用于编码的重要器件，在光通信领域中，同样需要用到强度调制器，尤其是诱骗态脉冲光的调制，即对已产生的脉冲光再进行一次调制，随机将该脉冲光中的部分脉冲光的幅度压低一些。但是由于强度调制器采用对称型结构，环境变化会影响其输出结果，所以需要对强度调制器的偏置点进行维稳。

目前主要通过采用光电探测器实时检测经过强度调制器调制后输出的部分脉冲光的功率，根据该功率的最大值来确定强度调制器的偏置点。该方案仅在强度调制器输出单一功率脉冲光的情况下适用，在采用诱骗态协议的量子通信系统中，需要强度调制器随机制备多种不同功率的弱相干脉冲光，其中一种为用于产生密钥的信号态脉冲光，其余的为诱骗态脉冲光。在该情况下，只能根据强度调制器当前输出的脉冲光的功率来确定强度调制器的偏置点，但是由于激光器本身的抖动，强度调制器插损的变化，无源器件的分光比变化、光电探测器本身的响应的改变等都会使得强度调制器输出的脉冲光的功率发生变化，导致调制功率与原脉冲之间的功率比例发生变化而错误地标定了强度调制器的偏置点，导致精准度较低。

在量子通信领域中，对经过强度调制器调制的脉冲光幅度与未调制的脉冲光幅度之间的差值需要非常精确，而且不能使用导频等方式对强度调制器的偏置点进行维稳。所以说，传统的光通信领域的强度调制器偏置点标定方法无法保证精度，无法应用于当前的量子通信系统。

发明内容

本发明实施例提供了一种强度调制器偏置点标定设备及方法，用以解决现有技术存在的标定精度低的缺陷。

本申请实施例的上述目的是通过以下技术方案得以实现的：

第一方面，本发明实施例提供了一种强度调制器偏置点标定设备，包括：

激光器，用于制备具有稳定功率的脉冲光。

强度调制器，用于根据设定的比例，将所述脉冲光转换为信号态脉冲光及诱骗态脉冲光。

分束器，与所述强度调制器连接，用于输入光按分光比分路输出脉冲光到后续光路。

单光子探测器，与所述分束器连接，用于统计所述分束器发送的脉冲光中单光子的数量。

光电探测器，与所述分束器连接，用于将所述分束器发送的脉冲光转化为电信号。

偏置电压源，电学连接于所述强度调制器的直流偏置电压输入端，用于为所述强度调制器提供直流偏置电压，使得所述强度调制器维持正常工作状态。

射频电压源，电学连接于所述强度调制器的直流偏置电压输入端，用于为所述强度调制器提供射频电压，以调整所述强度调制器产生的信号态脉冲光功率与诱骗态脉冲光功率的比值。

控制器，用于根据所述光电探测器发送的数字信号，实时判断所述强度调制器的输出功率是否达到最大值。

所述控制器，还用于当确定所述强度调制器的输出功率达到最大值时，根据所述单光子探测器发送的数字信号，计算所述强度调制器输出的脉冲光中信号态的脉冲光与诱骗态的脉冲光的功率比。

所述控制器，还用于判断所述功率比是否与预设的比值一致，若是，则记录当前加载于所述强度调制器的射频电压V_RF，将所述射频电压V_RF作为所述强度调制器的最佳射频电压。

在第一方面的一种可能的实现方式中，还包括：

AD转换放大器，分别与所述单光子探测器及所述光电探测器连接，用于将所述单光子探测器及所述光电探测器发送的模拟信号转化为数字信号并将放大所述数字信号。

在第一方面的一种可能的实现方式中，还包括：

DA转换放大器，输出端与所述强度调制器连接且输入端与所述控制器连接，用于将所述控制器发送的数字信号转化为模拟信号并放大所述模拟信号，输出大小与所述强度调制器的最佳直流偏置电压相同的直流电压。

第二方面，本发明实施例提供了一种强度调制器偏置点标定方法，包括：

S1在强度调制器的偏置电压输入端加载初始射频电压V_RF0；

S2根据设定的步长，增加所述初始射频电压V_RF0至V_RF1；

S3扫描所述强度调制器两端的直流偏置电压V_DC，实时判断所述强度调制器的输出功率是否达到最大值；

S4当确定所述强度调制器的输出功率达到最大值时，计算所述强度调制器输出的脉冲光中信号态的脉冲光与诱骗态的脉冲光的功率比；

S5判断所述功率比与预设的比值是否一致，若是，则记录当前加载于所述强度调制器的射频电压V_RF，将所述射频电压V_RF作为所述强度调制器的最佳射频电压。

在第二方面的一种可能的实现方式中，所述判断所述功率比与预设的比值是否一致还包括：

若确定所述判断所述功率比与预设的比值不一致，则重复上述步骤S2-S5。

第三方面，本发明实施例提供了一种强度调制器偏置点标定系统，包括：

加载模块，被配置为在强度调制器的偏置电压输入端加载初始射频电压V_RF0；

增加模块，被配置为根据设定的步长，增加所述初始射频电压V_RF0至V_RF1；

第一判断模块，被配置为扫描所述强度调制器两端的直流偏置电压V_DC，实时判断所述强度调制器的输出功率是否达到最大值；

计算模块，被配置为计算所述强度调制器输出的脉冲光中信号态的脉冲光与诱骗态的脉冲光的功率比；

第二判断模块，被配置为判断所述功率比与预设的比值是否一致，若是，则记录当前加载于所述强度调制器的射频电压V_RF，将所述射频电压V_RF作为所述强度调制器的最佳射频电压。

第四方面，本发明实施例提供了一种计算机可读存储介质，用于存储计算机程序，当所述计算机程序在计算机中执行时，使得所述计算机执行如第二方面及第二方面任意可能的实现方式中所述的强度调制器偏置点标定方法。

第五方面，本发明实施例提供了一种强度调制系统，包括：存储器和处理器，所述存储器中储存有可执行代码，所述处理器执行所述可执行代码时，实现如第二方面及第二方面任意可能的实现方式中所述的强度调制器偏置点标定方法。

本发明实施例提供的强度调制器偏置点标定设备及方法具有以下有益效果：

采用输出功率极值算法确定强度调制器的最佳射频电压，无需考虑输出功率变化的问题，不受其他因素干扰，实现了对强度调制器偏置点的精准标定。

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介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，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，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为现有强度调制器偏置点维稳装置结构示意图。

图2为本发明实施例提供的强度调制器偏置点维稳装置结构示意图。

图3为强度调制器输出单一功率脉冲光与输出两种不同功率脉冲光的情况下，强度调制器输出脉冲光的功率对比示意图。

图4为本发明实施例提供的强度调制器偏置点标定方法流程示意图。

图5为本发明实施例提供的强度调制器偏置点标定系统结构示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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、完整的描述，显然，所描述的实施例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的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。

结合附图和本发明具体实施方式的描述，能够更加清楚地了解本发明的细节。但是，在此描述的本发明的具体实施方式，仅用于解释本发明的目的，而不能以任何方式理解成是对本发明的限制。在本发明的教导下，技术人员可以构想基于本发明的任意可能的变形，这些都应被视为属于本发明的范围除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本申请的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本申请。本文所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效。

实施例1

如图1所示，现有的强度调制器偏置点标定装置包括DFB激光器、偏置电压源、强度调制器、分束器、光电探测器及控制器，该装置通过光电探测器探测到的第一强度调制器输出的脉冲光的功率最大值来实现偏置点的维稳。该方案适用于强度调制器输出单一功率脉冲光的情况下，强度调制器输出的脉冲光的功率为

，即当输入强度调制器的脉冲光的功率P_in为固定值时，其输出的脉冲光的功率P_out正比于cos(Φ_DC+Φ_RF)，其中，Φ_DC为因加载直流偏置电压V_DC引起的输入强度调制器两臂脉冲光的相位差，Φ_RF为因加载射频电压V_RF引起的输入强度调制器两臂脉冲光的相位差。目前的方案中一般在未加载射频电压V_RF的情况下，扫描加载于强度调制器两端的直流偏置电压V_DC，得到Φ_DC，使得cosΦ_DC最大，此时Φ_RF等于0，Φ_DC=2kπ，记录此时的直流偏置电压V_DC作为强度调制器的最佳直流偏置电压。然后，当要求强度调制器输出不同强度的脉冲光时，需要在各个脉冲光加载射频电压V_RF的情况下，再次扫描直流偏置电压V_DC，使cosΦ_RF达到目标值，比如要求调制后的诱骗态脉冲光幅度为未调制的信号态脉冲光幅度的一半，要达到该目标值要求cosΦ_RF=1/2。即在扫描过程中，存在一个射频电压 V_RF，使输出强度为未加载射频电压时功率的1/2。然后再发出随机光，系统根据功率进行维稳。此时，强度调制器输出的脉冲光的功率正比于acosΦ_DC +bcos(Φ_DC+Φ_RF)，a信号态脉冲光中单光子的数量，b为诱骗态脉冲光中单光子的数量，在该情况下，如图3所示，当cosΦ_DC为最大值时，对应的acosΦ_DC +bcos(Φ_DC+Φ_RF)并不是最大值，而是发生了偏移。

实施例2

针对采用诱骗态协议的量子通信系统发生的强度调制器输出功率漂移导致标定的强度调制器偏置点精度低的情况，本发明实施例提供了一种强度调制器偏置点标定设备，如图2所示，该标定设备包括激光器、强度调制器、分束器、单光子探测器、光电探测器、偏置电压源、射频电压源、控制器、AD转换放大器（未示出）及DA转换放大器（未示出），其中：

激光器用于制备脉冲光。

具体地，该激光器可以为DFB激光器，能够输出稳定可调的脉冲光。

强度调制器用于根据设定的比例，将脉冲光转换为信号态脉冲光及诱骗态脉冲光。

其中，强度调制器也叫马赫-曾德（Mach-Zehnder，简称MZ）调制器，即MZ调制器，通过强度调制器可以得到不同功率的脉冲光，以实现诱骗态脉冲光的制备。

分束器与强度调制器连接，用于输入光按分光比分路输出脉冲光到后续光路。

具体地，该分束器可以分光比为99:1的光耦合器且输入及输出光纤均为保偏光纤，其99％的脉冲光为主输出，1％的脉冲光输入到光电探测器经转换为电信号得以放大作为闭环反馈控制输入信号。

单光子探测器与分束器连接，用于统计分束器发送的脉冲光中单光子的数量。

光电探测器与分束器连接，用于将分束器发送的脉冲光转化为电信号。

偏置电压源电学连接于强度调制器的直流偏置电压输入端，用于为强度调制器提供直流偏置电压，使得强度调制器维持正常工作状态。

其中，直流偏置电压存在最小值V_CDmin及V_CDmax，当直流偏置电压处于[V_CDmin，V_CDmax]范围内时，强度调制器均可正常工作。

射频电压源电学连接于强度调制器的直流偏置电压输入端，用于为强度调制器提供射频电压，以调整强度调制器产生的信号态脉冲光功率与诱骗态脉冲光功率的比值。

具体地，诱骗态脉冲光的功率小于信号态脉冲光的功率。通过加载射频电压来降低脉冲光的振幅以降低脉冲光的功率，进而实现诱骗态脉冲光的制备。其中，功率与振幅的关系公式是I=kA²，其中，K为已知系数，A为振幅，I为功率。

控制器用于根据光电探测器发送的数字信号，实时判断强度调制器的输出功率是否达到最大值。

控制器还用于当确定强度调制器的输出功率达到最大值时，根据单光子探测器发送的数字信号，计算强度调制器输出的脉冲光中信号态的脉冲光与诱骗态的脉冲光的功率比。

其中，单光子探测器发送的数字信号包括脉冲光中信号态的脉冲光中的单光子个数与诱骗态的脉冲光中单光子的个数，控制器根据脉冲光中信号态的脉冲光中的单光子个数与诱骗态的脉冲光中单光子的个数，可以计算得到强度调制器输出的脉冲光中信号态的脉冲光与诱骗态的脉冲光的功率比。

控制器还用于判断功率比是否与预设的比值一致，若是，则记录当前加载于强度调制器的射频电压V_RF，将该射频电压V_RF作为强度调制器的最佳射频电压。

具体地，预设的强度调制器输出的脉冲光中信号态的脉冲光与诱骗态的脉冲光的功率比为3:1，当控制器确定计算得到的功率比为3:1时，将记录得到的射频电压V_RF作为强度调制器的最佳射频电压。

本发明实施例提供的强度调制器偏置点标定设备通过直接获取acosΦ_DC+bcos(Φ_DC+Φ_RF)的最大值，即在确定强度调制器处于稳定状态时输出的脉冲光的功率为最大值且acosΦ_DC和bcos(Φ_DC+Φ_RF)与预设的目标比例一致的情况下，获取加载于所述强度调制器的射频电压V_RF，无需考虑输出功率的变化即可保证输出的信号态脉冲光的功率与诱骗态脉冲光的功率之间的比值维持不变，能够得到非常精准的射频电压V_RF，进而实现了对强度调制器偏置点的精准标定。

AD转换放大器分别与单光子探测器及光电探测器连接，用于将单光子探测器及光电探测器发送的模拟信号转化为数字信号并将放大数字信号。

DA转换放大器输出端与强度调制器连接且输入端与控制器连接，用于将控制器发送的数字信号转化为模拟信号并放大该模拟信号，输出大小与强度调制器的最佳直流偏置电压相同的直流电压。

实施例3

本发明实施例提供了一种强度调制器偏置点标定方法，如图4所示，该标定方法包括以下步骤：

S101，在强度调制器的偏置电压输入端加载初始射频电压V_RF0；

S102，根据设定的步长，增加初始射频电压V_RF0至V_RF1；

S103，扫描强度调制器两端的直流偏置电压V_DC，实时判断强度调制器的输出功率是否达到最大值；

S104，当确定强度调制器的输出功率达到最大值时，计算强度调制器输出的脉冲光中信号态的脉冲光与诱骗态的脉冲光的功率比；

S105，判断功率比与预设的比值是否一致，若是，则记录当前加载于强度调制器射频电压V_RF，将射频电压V_RF作为强度调制器的最佳射频电压，实现了对强度调制器的偏置点进行标定。

作为本发明一个可选的实施方式，判断功率比与预设的比值是否一致还包括：

若确定判断该功率比与预设的比值不一致，则重复上述步骤S102-S105。

实施例4

本发明实施例提供了一种强度调制器偏置点标定系统，如图5所示，该标定系统包括：

加载模块，被配置为在强度调制器的偏置电压输入端加载初始射频电压V_RF0。

增加模块，被配置为根据设定的步长，增加初始射频电压V_RF0至V_RF1。

第一判断模块，被配置为扫描强度调制器两端的直流偏置电压V_DC，实时判断强度调制器的输出功率是否达到最大值。

计算模块，被配置为计算强度调制器输出的脉冲光中信号态的脉冲光与诱骗态的脉冲光的功率比。

第二判断模块，被配置为判断功率比与预设的比值是否一致，若是，则记录当前加载于强度调制器的射频电压V_RF，将射频电压V_RF作为强度调制器的最佳射频电压。

特别地，在对强度调制的精度要求不太高的情况下，强度调制器偏置点标定设备可以不需要单光子探测器，激光器周期交替发送原脉冲光和调制后的脉冲光，这样采用精度不高的光电探测器就可以采集到原脉冲光和调制后的脉冲光对应的功率，采用本发明实施例提供的强度调制器偏置点标定方法即可完成偏置点的标定。在该情况下，只需要发送方就可以完成，无需接收方。

本领域普通技术人员可以意识到，结合本申请所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、或者计算机软件和电子硬件的结合来实现。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本申请实施例的范围。

应当理解，在本申请实施例的各种实施例中，上述各过程的序号的大小并不意味着执行顺序的先后，各过程的执行顺序应以其功能和内在逻辑确定，而不应对本申请实施例的实施过程构成任何限定。

可以理解，以上所描述的装置实施例是示意性的，例如，所述模块/单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。

以上仅为本申请的实施例而已，并不用于限制本申请。对于本领域技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的权利要求范围之内。

需要说明的是，上述实施例不以任何形式限制本发明，凡采用等同替换或等效变换的方式所获得的技术方案，均落在本发明的保护范围内。

Claims (8)

1.一种强度调制器偏置点标定设备，其特征在于，包括：

激光器，用于制备具有稳定功率的脉冲光；

强度调制器，用于根据设定的比例，将所述脉冲光转换为信号态脉冲光及诱骗态脉冲光；

分束器，与所述强度调制器连接，用于输入光按分光比分路输出脉冲光到后续光路；

单光子探测器，与所述分束器连接，用于统计所述分束器发送的脉冲光中单光子的数量；

光电探测器，与所述分束器连接，用于将所述分束器发送的脉冲光转化为电信号；

偏置电压源，电学连接于所述强度调制器的直流偏置电压输入端，用于为所述强度调制器提供直流偏置电压，使得所述强度调制器维持正常工作状态；

射频电压源，电学连接于所述强度调制器的直流偏置电压输入端，用于为所述强度调制器提供射频电压，以调整所述强度调制器产生的信号态脉冲光功率与诱骗态脉冲光功率的比值；

控制器，用于根据所述光电探测器发送的数字信号，实时判断所述强度调制器的输出功率是否达到最大值；

所述控制器，还用于当确定所述强度调制器的输出功率达到最大值时，根据所述单光子探测器发送的数字信号，计算所述强度调制器输出的脉冲光中信号态的脉冲光与诱骗态的脉冲光的功率比；

所述控制器，还用于判断所述功率比是否与预设的比值一致，若是，则记录当前加载于所述强度调制器的射频电压V_RF，将所述射频电压V_RF作为所述强度调制器的最佳射频电压。

2.根据权利要求1所述的强度调制器偏置点标定设备，其特征在于，还包括：

AD转换放大器，分别与所述单光子探测器及所述光电探测器连接，用于将所述单光子探测器及所述光电探测器发送的模拟信号转化为数字信号并将放大所述数字信号。

3.根据权利要求1所述的强度调制器偏置点标定设备，其特征在于，还包括：

DA转换放大器，输出端与所述强度调制器连接且输入端与所述控制器连接，用于将所述控制器发送的数字信号转化为模拟信号并放大所述模拟信号，输出大小与所述强度调制器的最佳直流偏置电压相同的直流电压。

4.一种强度调制器偏置点标定方法，其特征在于，包括：

S1在强度调制器的偏置电压输入端加载初始射频电压V_RF0；

S2根据设定的步长，增加所述初始射频电压V_RF0至V_RF1；

S3扫描所述强度调制器两端的直流偏置电压V_DC，实时判断所述强度调制器的输出功率是否达到最大值；

S4当确定所述强度调制器的输出功率达到最大值时，计算所述强度调制器输出的脉冲光中信号态的脉冲光与诱骗态的脉冲光的功率比；

S5判断所述功率比与预设的比值是否一致，若是，则记录当前加载于所述强度调制器的射频电压V_RF，将所述射频电压V_RF作为所述强度调制器的最佳射频电压。

5.根据权利要求4所述的强度调制器偏置点标定方法，其特征在于，所述判断所述功率比与预设的比值是否一致还包括：

若确定所述判断所述功率比与预设的比值不一致，则重复步骤S2-S5。

6.一种计算机可读存储介质，用于存储计算机程序，当所述计算机程序在计算机中执行时，使得所述计算机执行权利要求4或5所述的方法。

7.一种强度调制系统，包括：存储器和处理器，所述存储器中储存有可执行代码，所述处理器执行所述可执行代码时，实现权利要求4或5所述的方法。

8.一种强度调制器偏置点标定系统，其特征在于，包括：

加载模块，被配置为在强度调制器的偏置电压输入端加载初始射频电压V_RF0；

增加模块，被配置为根据设定的步长，增加所述初始射频电压V_RF0至V_RF1；

第一判断模块，被配置为扫描所述强度调制器两端的直流偏置电压V_DC，实时判断所述强度调制器的输出功率是否达到最大值；

计算模块，被配置为计算所述强度调制器输出的脉冲光中信号态的脉冲光与诱骗态的脉冲光的功率比；

第二判断模块，被配置为判断所述功率比与预设的比值是否一致，若是，则记录当前加载于所述强度调制器的射频电压V_RF，将所述射频电压V_RF作为所述强度调制器的最佳射频电压。

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