CN114785420A - 用于合束光脉冲的方法和装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供用于合束光脉冲的方法和装置，其中，所述方法包括：向来自不同光源制备的光脉冲施加脉冲调制电压；测量所述光脉冲经由所述脉冲调制电压调制后的光强；根据测量到的光强调整所述光脉冲的延时位置，以经由调整后的延时位置改变所述光脉冲经由所述脉冲调制电压调制后的光强，直到所述光脉冲经由所述脉冲调制电压调制后的光强达到最大为止；响应于所述光脉冲经由所述脉冲调制电压调制后的光强达到最大而锁定所述光脉冲的延时位置；将锁定延时位置后的光脉冲合束成一束光。本发明能够使得量子通信系统在不增加新投入（诸如，其他光学器件或电器件）的情况下实现对来自不同光源制备的光脉冲的自动合束。

Description

用于合束光脉冲的方法和装置
技术领域
本发明涉及量子通信技术领域，尤其涉及用于合束光脉冲的方法和装置。
背景技术
通常，在量子通信系统（诸如，量子密钥分发系统）中，使用多个光源来制备携带信息的光脉冲，并且每个光源负责制备携带不同信息的光脉冲。例如，在基于时间相位编码的量子密钥分发系统中，设置有用于制备同步光脉冲的光源、用于制备相位基光脉冲的光源以及用于制备时间基光脉冲的光源，这些来自不同光源制备的光脉冲将被系统合束以从发射端传送至接收端。
然而，尽管这些光脉冲以相同的频率制备，但是由于这些光脉冲来自不同的光源器件，而这些光源器件本身就存在制造上的差异，因此，通过这些光源器件输出的光脉冲的延时位置也会存在差异，这种差异使得攻击方有可能从合束的光脉冲中甄别出各个光脉冲所携带的信息。
发明内容
本发明的目的在于提供用于合束光脉冲的方法和装置。
根据本发明的一方面，提供一种用于合束光脉冲的方法，所述方法包括：向来自不同光源制备的光脉冲施加脉冲调制电压；测量所述光脉冲经由所述脉冲调制电压调制后的光强；根据测量到的光强调整所述光脉冲的延时位置，以经由调整后的延时位置改变所述光脉冲经由所述脉冲调制电压调制后的光强，直到所述光脉冲经由所述脉冲调制电压调制后的光强达到最大为止；响应于所述光脉冲经由所述脉冲调制电压调制后的光强达到最大而锁定所述光脉冲的延时位置；将锁定延时位置后的光脉冲合束成一束光。
根据本发明的一个实施例，当所述光脉冲经由所述脉冲调制电压调制后的光强达到最大时，所述光脉冲的延时位置被调整至所述脉冲调制电压的平坦区域所在的延时区段内。
根据本发明的一个实施例，在将锁定延时位置后的光脉冲合束成一束光之前，所述方法还包括：以所述光脉冲中的任意一束光脉冲作为基准光脉冲；测量所述光脉冲中的其他光脉冲与所述基准光脉冲之间的延时间隔；根据测量到的延时间隔再次调整所述光脉冲中的其他光脉冲的延时位置，直到所述光脉冲中的其他光脉冲的延时位置与所述基准光脉冲的延时位置对齐为止；响应于所述光脉冲中的其他光脉冲的延时位置与所述基准光脉冲的延时位置对齐而再次锁定所述光脉冲的延时位置。
根据本发明的一个实施例，所述基准光为量子通信系统中的同步光。
根据本发明的一个实施例，所述光脉冲中的其他光脉冲为量子通信系统中的相位基光脉冲和/或时间基光脉冲。
根据本发明的一个实施例，所述光脉冲和所述脉冲调制电压以相同频率制备。
根据本发明的另一方面，提供一种用于合束光脉冲的装置，所述装置包括：光脉冲调制单元，被配置为向来自不同光源制备的光脉冲施加脉冲调制电压；光强测量单元，被配置为测量所述光脉冲经由所述脉冲调制电压调制后的光强；延时调整单元，被配置为根据测量到的光强调整所述光脉冲的延时位置，以经由调整后的延时位置改变所述光脉冲经由所述脉冲调制电压调制后的光强，直到所述光脉冲经由所述脉冲调制电压调制后的光强达到最大为止；延时锁定单元，被配置为响应于所述光脉冲经由所述脉冲调制电压调制后的光强达到最大而锁定所述光脉冲的延时位置；光脉冲合束单元，被配置为将锁定延时位置后的光脉冲合束成一束光。
根据本发明的一个实施例，当所述光脉冲经由所述脉冲调制电压调制后的光强达到最大时，所述光脉冲的延时位置被调整至所述脉冲调制电压的平坦区域所在的延时区段内。
根据本发明的一个实施例，所述装置还包括：基准光选择单元，被配置为以所述光脉冲中的任意一束光脉冲作为基准光脉冲；延时测量单元，被配置为测量所述光脉冲中的其他光脉冲与所述基准光脉冲之间的延时间隔；延时再调整单元，被配置为根据测量到的延时间隔再次调整所述光脉冲中的其他光脉冲的延时位置，直到所述光脉冲中的其他光脉冲的延时位置与所述基准光脉冲的延时位置对齐为止；延时再锁定单元，被配置为响应于所述光脉冲中的其他光脉冲的延时位置与所述基准光脉冲的延时位置对齐而再次锁定所述光脉冲的延时位置。
根据本发明的一个实施例，所述基准光为量子通信系统中的同步光。
根据本发明的一个实施例，所述光脉冲中的其他光脉冲为量子通信系统中的相位基光脉冲和/或时间基光脉冲。
根据本发明的一个实施例，所述光脉冲和所述脉冲调制电压以相同频率制备。
根据本发明的另一方面，提供一种存储有计算机程序的计算机可读存储介质，当所述计算机程序在被处理器执行时，实现如前面所述的用于合束光脉冲的方法。
根据本发明的另一方面，提供一种计算机设备，所述计算机设备包括：处理器；存储器，存储有计算机程序，当所述计算机程序被处理器执行时，实现如前面所述的用于合束光脉冲的方法。
本发明所提供的用于合束光脉冲的方法和装置不仅能够使得量子通信系统在不增加新投入（诸如，其他光学器件或电器件）的情况下实现对来自不同光源制备的光脉冲的自动合束，而且能够进一步提升量子通信系统的合束精度，确保量子密钥的安全性。
附图说明
通过下面结合附图进行的描述，本发明的上述目的和特点将会变得更加清楚。
图1A示出的是根据本发明的示例性实施例的用于合束光脉冲的方法的示意性流程图。
图1B示出的是根据本发明的示例性实施例的用于合束光脉冲的方法的另一示意性流程图。
图2示出的是根据本发明的示例性实施例的光脉冲相对于脉冲调制电压被调整至不同延时位置的示意图。
图3示出的是根据本发明的示例性实施例的光脉冲相对于脉冲调制电压被调整至不同延时位置时所对应的光强的示意图。
图4示出的是根据本发明的示例性实施例的光脉冲中的其他光脉冲与基准光脉冲之间的延时间隔的示意图。
图5A示出的是根据本发明的示例性实施例的用于合束光脉冲的装置的示意性结构框图。
图5B示出的是根据本发明的示例性实施例的用于合束光脉冲的装置的另一示意性结构框图。
具体实施方式
下面，将参照附图来详细说明本发明的实施例。
图1A示出的是根据本发明的示例性实施例的用于合束光脉冲的方法的示意性流程图。
参照图1A，图1A示出的方法可包括如下步骤。
在步骤101，可向来自不同光源制备的光脉冲施加脉冲调制电压。
在一些示例中，例如，在基于时间相位编码的量子通信系统中，可将各路激光器将其输出的光脉冲（其中包括同步光脉冲、相位基光脉冲和时间基光脉冲等）依次输入到强度调制器中，然后通过强度调制器向这些光脉冲施加脉冲调制电压。
在步骤102，可测量光脉冲经由脉冲调制电压调制后的光强。
在一些示例中，可使用诸如，但不限于，光功率计（例如，PIN管）来测量光脉冲经由脉冲调制电压调制后的光强。
在步骤103，可根据测量到的光强调整光脉冲的延时位置，以经由调整后的延时位置改变光脉冲经由脉冲调制电压调制后的光强，直到光脉冲经由脉冲调制电压调制后的光强达到最大为止。
在一些示例中，可使用诸如，但不限于，延时器来调整各路激光器输出的光脉冲的延时位置，以改变光脉冲相对于脉冲调制电压的延时位置，在此期间，光脉冲经由脉冲调制电压调制后的光强可随着其延时位置的变化而变化。
下面，将参照图2和图3来详细地描述上述因光脉冲的延时位置的调整而导致光脉冲经由脉冲调制电压调制后的光强发生变化的具体实施过程。
图2示出的是根据本发明的示例性实施例的光脉冲相对于脉冲调制电压被调整至不同延时位置的示意图。
参照图2，第一行示出了向光脉冲施加的脉冲调制电压，第二行示出了光脉冲相对于脉冲调制电压被调整至延时位置t0，第三行示出了光脉冲相对于脉冲调制电压被调整至延时位置t1，第四行示出了光脉冲相对于脉冲调制电压被调整至延时位置t2，第五行示出了光脉冲相对于脉冲调制电压被调整至延时位置t3，第六行示出了光脉冲相对于脉冲调制电压被调整至延时位置t4。
图3示出的是根据本发明的示例性实施例的光脉冲相对于脉冲调制电压被调整至不同延时位置时所对应的光强的示意图。
参照图3，横坐标t表示光脉冲的延时位置，纵坐标P表示光脉冲经由脉冲调制电压调制后的光强（即，光功率）。从图中可以看出，光脉冲经由脉冲调制电压调制后的光强P可随着光脉冲的延时位置t的变化而变化。
如图3所示，当光脉冲的延时位置被调整至脉冲调制电压的上升沿左侧时（对应于图2所示的延时位置t0），光脉冲经由脉冲调制电压调制后的光强P可接近于零；当光脉冲的延时位置被调整至脉冲调制电压的上升沿时（对应于图2所示的延时位置t1），光脉冲经由脉冲调制电压调制后的光强P可增大至P1；当光脉冲的延时位置被调整至脉冲调制电压的平坦区域T时（对应于图2所示的延时位置t2），光脉冲经由脉冲调制电压调制后的光强P可达到峰值 P2；当光脉冲的延时位置被调整至脉冲调制电压的下降沿时（对应于图2所示的延时位置t3），光脉冲经由脉冲调制电压调制后的光强P可下降至P3；当光脉冲的延时位置被调整至脉冲调制电压的下降沿右侧时（对应于图2所示的延时位置t4），光脉冲经由脉冲调制电压调制后的光强P可再次接近于零。
从图2和图3可以看出，当光脉冲经由脉冲调制电压调制后的光强P达到最大时，光脉冲的延时位置t可被调整至脉冲调制电压的平坦区域T所在的延时区段内。利用这一特性，可在脉冲调制电压的上升沿与下降沿之间来回调整光脉冲的延时位置t，直到光脉冲经由脉冲调制电压调制后的光强P达到最大为止。以这种方式，可使各路激光器输出的光脉冲对齐在脉冲调制电压的平坦区域T所在的延时区段内，这样可使得各路激光器输出的光脉冲与脉冲调制电压同步。
在步骤104，可响应于光脉冲经由脉冲调制电压调制后的光强达到最大而锁定光脉冲的延时位置。
在一些示例中，在锁定光脉冲的延时位置的同时，还可进一步将光脉冲的延时位置记录为量子通信系统的启动参数，以避免量子通信系统针对光源器件进行不必要的重复调整。
在步骤105，可将锁定延时位置后的光脉冲合束成一束光。
在一些示例中，例如，在基于时间相位编码的量子通信系统中，可使用诸如，但不限于，波分复用器将按照步骤101至步骤104调整和锁定延时位置后的同步光脉冲、相位基光脉冲和时间基光脉冲合束成一束光，并将其从发射端传送至接收端。
另外，在图1A示出的方法中，各路激光器输出的光脉冲和脉冲调制电压可以以相同频率制备。这样有助于对各路激光器输出的光脉冲的延时位置的定位和调整。
可以看出，使用图1A示出的方法，能够使得量子通信系统在不增加新投入（诸如，其他光学器件或电器件）的情况下实现对来自不同光源制备的光脉冲的自动合束。
图1B示出的是根据本发明的示例性实施例的用于合束光脉冲的方法的另一示意性流程图。
参照图1B，图1B示出的方法可包括如下步骤。
在步骤101＇，可向来自不同光源制备的光脉冲施加脉冲调制电压。
在步骤102＇，可测量光脉冲经由脉冲调制电压调制后的光强。
在步骤103＇，可根据测量到的光强调整光脉冲的延时位置，以经由调整后的延时位置改变光脉冲经由脉冲调制电压调制后的光强，直到光脉冲经由脉冲调制电压调制后的光强达到最大为止。
在步骤104＇，可响应于光脉冲经由脉冲调制电压调制后的光强达到最大而锁定光脉冲的延时位置。
在步骤105＇，可以以光脉冲中的任意一束光脉冲作为基准光脉冲。
在一些示例中，例如，在基于时间相位编码的量子通信系统中，可以以同步光脉冲作为基准光脉冲。相应地，光脉冲中的其他光脉冲可包括相位基光脉冲和时间基光脉冲。然而，本发明并不限于此，根据需要，也可以以相位基光脉冲或时间基光脉冲作为基准光脉冲。对此，本发明没有限制。
在步骤106＇，可测量光脉冲中的其他光脉冲与基准光脉冲之间的延时间隔。
在一些示例中，可使用单光子探测器（Single Photon Detector，简称SPD）来探测各路激光器输出的光脉冲到达的延时位置，然后可经由时间数字转换器（Time to DigitalConvert，简称TDC）测量出其他光脉冲与基准光脉冲之间的延时间隔。
图4示出的是根据本发明的示例性实施例的光脉冲中的其他光脉冲与基准光脉冲之间的延时间隔的示意图。
参照图4，第一行示出了向光脉冲施加的脉冲调制电压，第二行示出了同步光脉冲Syn相对于脉冲调制电压的延时位置，第三行示出了相位基光脉冲X0相对于脉冲调制电压的延时位置，第四行示出了相位基光脉冲X1相对于脉冲调制电压的延时位置，第五行示出了时间基光脉冲Z相对于脉冲调制电压的延时位置。
从图4可以看出，尽管同步光脉冲Syn、相位基光脉冲X0、相位基光脉冲X1和时间基光脉冲Z均可被调整至脉冲调制电压的平坦区域所在的延时区段内，但是这些光脉冲之间仍然存在延时间隔，如图4所示出的，同步光脉冲Syn与相位基光脉冲X0之间的延时间隔可为T0，同步光脉冲Syn与相位基光脉冲X1之间的延时间隔可为T1，同步光脉冲Syn与时间基光脉冲Z之间的延时间隔可为T2。这些延时间隔的存在会降低合束精度。
在步骤107＇，可根据测量到的延时间隔再次调整光脉冲中的其他光脉冲的延时位置，直到光脉冲中的其他光脉冲的延时位置与基准光的延时位置对齐为止。
在一些示例中，可使用诸如，但不限于，延时器来调整各路激光器输出的光脉冲的延时位置，当时间数字转换器测量出的光脉冲之间的延时间隔均接近于零时，各路激光器输出的光脉冲可对齐。
在步骤108＇，可响应于光脉冲中的其他光脉冲的延时位置与基准光的延时位置对齐而再次锁定光脉冲的延时位置。
在步骤109＇，可将锁定延时位置后的光脉冲合束成一束光。
另外，在图1B示出的方法中，各路激光器输出的光脉冲和脉冲调制电压可以以相同频率制备。这样有助于对各路激光器输出的光脉冲的延时位置的定位和调整。
可以看出，使用图1B示出的方法，不仅能够使得量子通信系统在不增加新投入（诸如，其他光学器件或电器件）的情况下实现对来自不同光源制备的光脉冲的自动合束，而且能够进一步提升量子通信系统的合束精度，确保量子密钥的安全性。
图5A示出的是根据本发明的示例性实施例的用于合束光脉冲的装置的示意性结构框图。
参照图5A，根据本发明的示例性实施例的用于合束光脉冲的装置可包括光脉冲调制单元501、光强测量单元502、延时调整单元503、延时锁定单元504和光脉冲合束单元505。
在图5A示出的装置中，光脉冲调制单元501可被配置为向来自不同光源制备的光脉冲施加脉冲调制电压；光强测量单元502可被配置为测量光脉冲经由脉冲调制电压调制后的光强；延时调整单元503可被配置为根据测量到的光强调整光脉冲的延时位置，以经由调整后的延时位置改变光脉冲经由脉冲调制电压调制后的光强，直到光脉冲经由脉冲调制电压调制后的光强达到最大为止；延时锁定单元504可被配置为响应于光脉冲经由脉冲调制电压调制后的光强达到最大而锁定光脉冲的延时位置；光脉冲合束单元505可被配置为将锁定延时位置后的光脉冲合束成一束光。
另外，在图5A示出的装置中，当光脉冲经由脉冲调制电压调制后的光强达到最大时，光脉冲的延时位置可被调整至脉冲调制电压的平坦区域所在的延时区段内。
另外，在图5A示出的装置中，光脉冲和脉冲调制电压可以以相同频率制备。
可以看出，使用图5A所示的装置，能够使得量子通信系统在不增加新投入（诸如，其他光学器件或电器件）的情况下实现对来自不同光源制备的光脉冲的自动合束。
图5B示出的是根据本发明的示例性实施例的用于合束光脉冲的装置的另一示意性结构框图。
参照图5B，根据本发明的示例性实施例的用于合束光脉冲的装置可包括光脉冲调制单元501＇、光强测量单元502＇、延时调整单元503＇、延时锁定单元504＇、基准光选择单元505＇、延时测量单元506＇、延时再调整单元507＇、延时再锁定单元508＇、和光脉冲合束单元509＇。
在图5B示出的装置中，光脉冲调制单元501＇可被配置为向来自不同光源制备的光脉冲施加脉冲调制电压；光强测量单元502＇可被配置为测量光脉冲经由脉冲调制电压调制后的光强；延时调整单元503＇可被配置为根据测量到的光强调整光脉冲的延时位置，以经由调整后的延时位置改变光脉冲经由脉冲调制电压调制后的光强，直到光脉冲经由脉冲调制电压调制后的光强达到最大为止；延时锁定单元504＇可被配置为响应于光脉冲经由脉冲调制电压调制后的光强达到最大而锁定光脉冲的延时位置；基准光选择单元505＇可被配置为以光脉冲中的任意一束光脉冲作为基准光脉冲；延时测量单元506＇可被配置为测量光脉冲中的其他光脉冲与基准光脉冲之间的延时间隔；延时再调整单元507＇可被配置为根据测量到的延时间隔再次调整光脉冲中的其他光脉冲的延时位置，直到光脉冲中的其他光脉冲的延时位置与基准光脉冲的延时位置对齐为止；延时再锁定单元508＇可被配置为响应于光脉冲中的其他光脉冲的延时位置与基准光脉冲的延时位置对齐而再次锁定光脉冲的延时位置；光脉冲合束单元509＇可被配置为将锁定延时位置后的光脉冲合束成一束光。
另外，在图5B示出的装置中，当光脉冲经由脉冲调制电压调制后的光强达到最大时，光脉冲的延时位置可被调整至脉冲调制电压的平坦区域所在的延时区段内。
另外，在图5B示出的装置中，光脉冲和脉冲调制电压可以以相同频率制备。
可以看出，使用图5B示出的装置，不仅能够使得量子通信系统在不增加新投入（诸如，其他光学器件或电器件）的情况下实现对来自不同光源制备的光脉冲的自动合束，而且能够进一步提升量子通信系统的合束精度，确保量子密钥的安全性。
此外，根据本发明的示例性实施例还可提供一种存储有计算机程序的计算机可读存储介质。该计算机可读存储介质存储有当被处理器执行时使得处理器执行根据本发明的示例性实施例的用于合束光脉冲的方法的计算机程序。该计算机可读记录介质是可存储由计算机系统读出的数据的任意数据存储装置。计算机可读记录介质的示例包括：只读存储器、随机存取存储器、只读光盘、磁带、软盘、光数据存储装置和载波（诸如经有线或无线传输路径通过互联网的数据传输）。
此外，根据本发明的示例性实施例还可提供一种计算设备。该计算设备包括处理器和存储器。存储器用于存储计算机程序。所述计算机程序被处理器执行使得处理器执行根据本发明的示例性实施例的用于合束光脉冲的方法的计算机程序。
尽管已参照优选实施例表示和描述了本申请，但本领域技术人员应该理解，在不脱离由权利要求限定的本申请的精神和范围的情况下，可以对这些实施例进行各种修改和变换。

Claims (10)

1.一种用于合束光脉冲的方法，其特征在于，所述方法包括：
向来自不同光源制备的光脉冲施加脉冲调制电压；
测量所述光脉冲经由所述脉冲调制电压调制后的光强；
根据测量到的光强调整所述光脉冲的延时位置，以经由调整后的延时位置改变所述光脉冲经由所述脉冲调制电压调制后的光强，直到所述光脉冲经由所述脉冲调制电压调制后的光强达到最大为止；
响应于所述光脉冲经由所述脉冲调制电压调制后的光强达到最大而锁定所述光脉冲的延时位置；
将锁定延时位置后的光脉冲合束成一束光。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，当所述光脉冲经由所述脉冲调制电压调制后的光强达到最大时，所述光脉冲的延时位置被调整至所述脉冲调制电压的平坦区域所在的延时区段内。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在将锁定延时位置后的光脉冲合束成一束光之前，所述方法还包括：
以所述光脉冲中的任意一束光脉冲作为基准光脉冲；
测量所述光脉冲中的其他光脉冲与所述基准光脉冲之间的延时间隔；
根据测量到的延时间隔再次调整所述光脉冲中的其他光脉冲的延时位置，直到所述光脉冲中的其他光脉冲的延时位置与所述基准光脉冲的延时位置对齐为止；
响应于所述光脉冲中的其他光脉冲的延时位置与所述基准光脉冲的延时位置对齐而再次锁定所述光脉冲的延时位置。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述光脉冲和所述脉冲调制电压以相同频率制备。
5.一种用于合束光脉冲的装置，其特征在于，所述装置包括：
光脉冲调制单元，被配置为向来自不同光源制备的光脉冲施加脉冲调制电压；
光强测量单元，被配置为测量所述光脉冲经由所述脉冲调制电压调制后的光强；
延时调整单元，被配置为根据测量到的光强调整所述光脉冲的延时位置，以经由调整后的延时位置改变所述光脉冲经由所述脉冲调制电压调制后的光强，直到所述光脉冲经由所述脉冲调制电压调制后的光强达到最大为止；
延时锁定单元，被配置为响应于所述光脉冲经由所述脉冲调制电压调制后的光强达到最大而锁定所述光脉冲的延时位置；
光脉冲合束单元，被配置为将锁定延时位置后的光脉冲合束成一束光。
6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，当所述光脉冲经由所述脉冲调制电压调制后的光强达到最大时，所述光脉冲的延时位置被调整至所述脉冲调制电压的平坦区域所在的延时区段内。
7.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述装置还包括：
基准光选择单元，被配置为以所述光脉冲中的任意一束光脉冲作为基准光脉冲；
延时测量单元，被配置为测量所述光脉冲中的其他光脉冲与所述基准光脉冲之间的延时间隔；
延时再调整单元，被配置为根据测量到的延时间隔再次调整所述光脉冲中的其他光脉冲的延时位置，直到所述光脉冲中的其他光脉冲的延时位置与所述基准光脉冲的延时位置对齐为止；
延时再锁定单元，被配置为响应于所述光脉冲中的其他光脉冲的延时位置与所述基准光脉冲的延时位置对齐而再次锁定所述光脉冲的延时位置。
8.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述光脉冲和所述脉冲调制电压以相同频率制备。
9.一种存储有计算机程序的计算机可读存储介质，其特征在于，当所述计算机程序被处理器执行时，实现权利要求1至4中任意一项所述的用于合束光脉冲的方法。
10.一种计算设备，其特征在于，包括：
处理器；
存储器，存储有计算机程序，当所述计算机程序被处理器执行时，实现权利要求1至4中任意一项所述的用于合束光脉冲的方法。
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