CN206820763U - 一种量子信号与经典信号复用与解复用的装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型实施例公开了一种量子信号与经典信号复用与解复用的装置，通过在第二量子信号与经典信号波分复用器的光信号输出端上连接第二波分复用器，使得经第二波分复用器输出的光信号分解为量子信号和同步信号，实现了QKD终端通过一个端口发出并通过不同端口接收量子信号和同步信号，解决了现有的量子信号与经典信号复用同一根光纤传输的方法不能通过QKD终端的同一端口发出量子信号与同步信号进而造成的适用范围较小的技术问题。

Description

一种量子信号与经典信号复用与解复用的装置

技术领域

本实用新型涉及量子保密通信领域，尤其涉及一种量子信号与经典信号复用与解复用的装置。

背景技术

量子保密通信应用量子物理学的基本原理保证其无条件安全，近年来受到广泛关注。其中，使用光纤作为传输介质的量子密钥分发(QKD，Quantum Key Distribution)获得了巨大进步。QKD使用单光子(光量子)所携带的信息协商产生密钥，由于单光子的能量非常微弱，易于受到其他光信号的干扰。目前已有的QKD网络主要通过单独铺设暗光纤的方式实现量子信号的传输，存在投入高、周期长、维护复杂的问题。研究利用经典通信网络光纤传输量子信号，实现量子信号与经典信号复用同一根光纤传输，可以极大的节约投入成本、缩短施工周期，加快量子保密通信的推广。

而现有的美国发明专利US7809268B2中提到的一种量子信号与经典信号复用同一根光纤传输的方法，其原理如图1所示，主要工作原理是通过波分复用器件将量子信号与经典信号进行复用与解复用。经典信号包括经典数据信号和同步信号，经典数据信号由经典通信设备产生，携带通信业务数据，同步信号由OSC提供，用于量子信号探测时的同步对准。图1所示发明方法，先将经典数据信号与同步信号融合，然后再与量子信号融合，继而复用同一根光纤传输；在进行信号解复用时先将量子信号与经典信号分离，再将经典数据信号与同步信号分离。

在实际应用中，存在同步信号由QKD设备提供的情形。在QKD的发送方，同步信号与量子信号可以通过QKD的同一端口或不同端口输出，在QKD的接收方，同步信号与量子信号也可以通过同一端口或不同端口接收。图1所示发明方法不适用于同步信号与量子信号通过同一端口发出的情形，适用范围较小。

实用新型内容

本实用新型实施例提供了一种量子信号与经典信号复用与解复用的装置，通过在第二量子信号与经典信号波分复用器的光信号输出端上连接第二波分复用器，使得经第二波分复用器输出的光信号分解为量子信号和同步信号，实现了QKD终端通过一个端口发出并通过不同端口接收量子信号和同步信号，解决了现有的量子信号与经典信号复用同一根光纤传输的方法不能通过QKD终端的同一端口发出量子信号与同步信号进而造成的适用范围较小的技术问题。

本实用新型实施例提供了一种量子信号与经典信号复用与解复用的装置，包括：通过光纤依次连接的量子信号与经典信号复用模块、光纤链路、量子信号与经典信号解复用模块，所述量子信号与经典信号复用模块包括第一量子信号与经典信号波分复用器，所述量子信号与经典信号解复用模块包括第二量子信号与经典信号波分复用器、第二波分复用器；

所述第一量子信号与经典信号波分复用器、所述光纤链路、所述第二量子信号与经典信号波分复用器、所述第二波分复用器通过光纤依次连接；

所述第一量子信号与经典信号波分复用器用于将光信号和经典信号复用融合至所述光纤链路；

所述第二量子信号与经典信号波分复用器用于将所述光纤链路传输来的信号解复用分离出所述光信号和经典信号；

所述第二波分复用器用于将所述光信号分离出量子信号和同步信号。

优选地，

所述量子信号与经典信号解复用模块还包括第三波分复用器；

所述第三波分复用器与所述第二波分复用器的量子信号输出端、所述第二波分复用器的同步信号输出端均通过光纤连接；

所述第二波分复用器和所述第三波分复用器的接入方式相反；

所述第三波分复用器用于对所述第二波分复用器输出的所述量子信号进行滤波处理，并将所述第二波分复用器输出的所述同步信号和经过滤波处理的所述量子信号复用为所述光信号。

优选地，

所述量子信号与经典信号复用模块还包括与所述第一量子信号与经典信号波分复用器的光输入端通过光纤连接的第一波分复用器，用于将输入的所述同步信号和量子信号复用为所述光信号。

优选地，

所述量子信号与经典信号复用与解复用的装置还包括与所述第一量子信号与经典信号波分复用器通过光纤连接的经典信号输入模块。

优选地，

所述量子信号与经典信号复用与解复用的装置还包括与所述第二量子信号与经典信号波分复用器通过光纤连接的经典信号输出模块。

优选地，

所述量子信号与经典信号解复用模块还包括与所述第二波分复用器的量子信号输出端通过光纤连接的滤波子模块。

优选地，

所述滤波子模块包括至少一级滤波器。

优选地，

所述滤波子模块包括至少两级滤波器时，每级所述滤波器之间的连接方式为级联。

优选地，

所述经典信号输入模块包括经典信号发生子模块、第一光放大器、合波器；

所述经典信号发生子模块、所述合波器、所述第一光放大器、所述第一量子信号与经典信号波分复用器通过光纤依次连接。

优选地，

所述经典信号输出模块包括分波器、第二光放大器、经典信号接收子模块；

所述第二量子信号与经典信号波分复用器、所述第二光放大器、所述分波器、所述经典信号接收子模块通过光纤依次连接。

从以上技术方案可以看出，本实用新型实施例具有以下优点：

1、本实用新型实施例提供了一种量子信号与经典信号复用与解复用的装置，通过在第二量子信号与经典信号波分复用器的光信号输出端上连接第二波分复用器，使得经第二波分复用器输出的光信号分解为量子信号和同步信号，实现了QKD终端通过一个端口发出并通过不同端口接收量子信号和同步信号，解决了现有的量子信号与经典信号复用同一根光纤传输的方法不能通过QKD终端的同一端口发出量子信号与同步信号进而造成的适用范围较小的技术问题。

2、本实用新型实施例提供了一种量子信号与经典信号复用与解复用的装置，通过多级滤波器对解复用分离出来的量子信号进行滤波处理，使得滤波处理的效果更好，减小量子信号波长以外的噪声，提高量子信号光的信噪比。

3、本实用新型实施例提供了一种量子信号与经典信号复用与解复用的装置，在第二量子信号与经典信号波分复用器的光信号输出端上依次连接第二波分复用器和第三波分复用器，将第二波分复用器的R端输出的同步信号直接接入第三波分复用器，然后与经过第三波分复用器滤波的量子信号汇聚后由g端口输出，实现了同步信号与量子信号通过QKD终端的同一端口发出和同一端口接收，解决了现有的量子信号与经典信号复用同一根光纤传输的方法不能通过QKD终端的同一端口发出量子信号与同步信号进而造成的适用范围较小的技术问题，并且通过级联设置接入方式相反的第二波分复用器和第三波分复用器，实现了将量子信号与同步信号先分离滤波再复用传输，满足量子信号、同步信号共光纤输出场景的需要。

4、本实用新型实施例提供了一种量子信号与经典信号复用与解复用的装置，将第一波分复用器与第一量子信号与经典信号波分复用器连接，在第二量子信号与经典信号波分复用器的光信号输出端上连接第二波分复用器，使得经第二波分复用器输出的光信号分解为量子信号和同步信号，同时实现了QKD终端通过不同端口发出和不同端口接收量子信号和同步信号。

5、本实用新型实施例提供了一种量子信号与经典信号复用与解复用的装置，将第一波分复用器与第一量子信号与经典信号波分复用器连接，在第二量子信号与经典信号波分复用器的光信号输出端上依次连接第二波分复用器和第三波分复用器，将第二波分复用器的R端输出的同步信号直接接入第三波分复用器，然后与经过第三波分复用器滤波的量子信号汇聚后由g端口输出，实现了同步信号与量子信号通过QKD终端的不同端口发出和同一端口接收。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型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实用新型的一些实施例，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它的附图。

图1为现有的量子信号与经典信号复用同一根光纤传输方法的原理图；

图2为本实用新型实施例提供的一种量子信号与经典信号复用与解复用的装置的第一实施例的结构示意图；

图3为本实用新型实施例提供的一种量子信号与经典信号复用与解复用的装置的第二实施例的结构示意图；

图4为本实用新型实施例提供的一种量子信号与经典信号复用与解复用的装置的第三实施例的结构示意图；

图5为本实用新型实施例提供的一种量子信号与经典信号复用与解复用的装置的第四实施例的结构示意图；

图6为本实用新型实施例提供的一种量子信号与经典信号复用与解复用的装置的第五实施例的结构示意图。

具体实施方式

本实用新型实施例提供了一种量子信号与经典信号复用与解复用的装置，通过在第二量子信号与经典信号波分复用器206的光信号输出端上连接第二波分复用器207，使得经第二波分复用器207输出的光信号分解为量子信号和同步信号，实现了QKD终端通过一个端口发出并通过不同端口接收量子信号和同步信号，解决了现有的量子信号与经典信号复用同一根光纤传输的方法不能通过QKD终端的同一端口发出量子信号与同步信号进而造成的适用范围较小的技术问题。

为使得本实用新型的发明目的、特征、优点能够更加的明显和易懂，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，下面所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而非全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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它实施例，都属于本实用新型保护的范围。

请参阅图2，本实用新型实施例提供了一种量子信号与经典信号复用与解复用的装置的第一实施例，包括：通过光纤依次连接的量子信号与经典信号复用模块20、光纤链路205、量子信号与经典信号解复用模块21、经典信号输入模块、经典信号输出模块；量子信号与经典信号复用模块20包括第一量子信号与经典信号波分复用器204，量子信号与经典信号解复用模块21包括第二量子信号与经典信号波分复用器206、第二波分复用器207，第一量子信号与经典信号波分复用器204通过光纤与经典信号输入模块连接，第二量子信号与经典信号波分复用器206通过光纤与经典信号输出模块连接；

第一量子信号与经典信号波分复用器204、光纤链路205、第二量子信号与经典信号波分复用器206、第二波分复用器207通过光纤依次连接，第一量子信号与经典信号波分复用器204用于将光信号和经典信号复用融合至光纤链路205，第二量子信号与经典信号波分复用器206用于将光纤链路205传输来的信号解复用分离出光信号和经典信号，第二波分复用器207用于将光信号分离出量子信号和同步信号，需要说明的是，本实用新型实施例中提及的光信号是指将QKD终端发出的量子信号和同步信号复用后形成的，以下不再赘述。

其中经典信号输入模块包括经典信号发生子模块211、第一光放大器202、合波器201，经典信号发生子模块211、合波器201、第一光放大器202、第一量子信号与经典信号波分复用器204通过光纤依次连接。

经典信号输出模块包括分波器210、第二光放大器209、经典信号接收子模块212；第二量子信号与经典信号波分复用器206、第二光放大器209、分波器210、经典信号接收子模块212通过光纤依次连接。

在本实用新型实施例中，经典信号通过合波器201实现合波，量子信号与同步信号由d端口输入，由第一量子信号与经典信号波分复用器204复用到光纤链路205进行传输，第一量子信号与经典信号波分复用器204可以对经典信号在量子信号波长λ处进行滤波，以减小量子信号波长λ处的噪声，减少经典信号噪声对量子信号的影响；

在到达第二量子信号与经典信号波分复用器206并经过解复用之后，被分离出的经典信号进入分波器210并按波长分波，最终得到经典信号，而从P0端输出的被分离出的光信号中包含量子信号和同步信号，当光信号进入第二波分复用器207后，经其R端，由e端口输出同步信号，第二波分复用器207的P1端输出的量子信号最终由g端口输出，实现了QKD终端通过不同端口接收量子信号和同步信号。

请参阅图3，本实用新型实施例提供了一种量子信号与经典信号复用与解复用的装置的第二实施例，包括：通过光纤依次连接的量子信号与经典信号复用模块20、光纤链路205、量子信号与经典信号解复用模块21、经典信号输入模块、经典信号输出模块；量子信号与经典信号复用模块20包括第一量子信号与经典信号波分复用器204，量子信号与经典信号解复用模块21包括第二量子信号与经典信号波分复用器206、第二波分复用器207、第三波分复用器208，第一量子信号与经典信号波分复用器204通过光纤与经典信号输入模块连接，第二量子信号与经典信号波分复用器206通过光纤与经典信号输出模块连接；

第一量子信号与经典信号波分复用器204、光纤链路205、第二量子信号与经典信号波分复用器206、第二波分复用器207通过光纤依次连接，第一量子信号与经典信号波分复用器204用于将光信号和经典信号复用融合至光纤链路205，第二量子信号与经典信号波分复用器206用于将光纤链路205传输来的信号解复用分离出光信号和经典信号，第二波分复用器207用于将光信号分离出量子信号和同步信号，第三波分复用器208与第二波分复用器207量子信号输出端、第二波分复用器207的同步信号输出端均通过光纤连接，第二波分复用器207和第三波分复用器208的接入方式相反，即第三波分复用器208的Com端和第二波分复用器207的P1端通过光纤连接，第二波分复用器207的R端和第三波分复用器208的R端通过光纤相连；第三波分复用器208用于对第二波分复用器207输出的量子信号进行滤波处理，并将第二波分复用器207输出的同步信号和经过滤波处理的量子信号复用为光信号。

其中经典信号输入模块包括经典信号发生子模块211、第一光放大器202、合波器201，经典信号发生子模块211、合波器201、第一光放大器202、第一量子信号与经典信号波分复用器204通过光纤依次连接。

经典信号输出模块包括分波器210、第二光放大器209、经典信号接收子模块212；第二量子信号与经典信号波分复用器206、第二光放大器209、分波器210、经典信号接收子模块212通过光纤依次连接。

在本实用新型实施例中，经典信号通过合波器201实现合波，量子信号与同步信号由d端口输入，由第一量子信号与经典信号波分复用器204复用到光纤链路205进行传输，第一量子信号与经典信号波分复用器204可以对经典信号在量子信号波长λ处进行滤波，以减小量子信号波长λ处的噪声，减少经典信号噪声对量子信号的影响；

在到达第二量子信号与经典信号波分复用器206并经过解复用之后，被分离出的经典信号进入分波器210并按波长分波，最终得到经典信号，而从P0端输出的被分离出的光信号中包含量子信号和同步信号，当信号进入第二波分复用器207后，P1端输出的量子信号会进入第三波分复用器208进一步滤波，以减小量子信号波长以外的其他噪声，第二波分复用器207的R端输出的同步信号直接接入第三波分复用器208，然后与量子信号汇聚后由g端口输出，实现了同步信号与量子信号通过QKD终端的同一端口发出和同一端口接收，并且将量子信号与同步信号先分离滤波再复用传输，满足量子信号、同步信号共光纤输出场景的需要。

请参阅图4，本实用新型实施例提供了一种量子信号与经典信号复用与解复用的装置的第三实施例，包括如本实用新型第一实施例所提供的量子信号与经典信号复用与解复用的装置，此外，量子信号与经典信号复用模块20还包括与第一量子信号与经典信号波分复用器204的光输入端通过光纤连接的第一波分复用器203，用于将输入的同步信号和量子信号复用为光信号。

在本实用新型实施例中，经典信号通过合波器201实现合波，量子信号由a端口输入，同步信号由b端口输入，通过第一波分复用器203实现复用成为光信号，光信号与经典信号经第一量子信号与经典信号波分复用器204复用到光纤链路205进行传输，第一量子信号与经典信号波分复用器204可以对经典信号在量子信号波长λ处进行滤波，以减小量子信号波长λ处的噪声，减少经典信号噪声对量子信号的影响；

在到达第二量子信号与经典信号波分复用器206并经过解复用之后，被分离出的经典信号进入分波器210并按波长分波，最终得到经典信号，而从P0端输出的被分离出的光信号中包含量子信号和同步信号，当光信号进入第二波分复用器207后，经其R端，由e端口输出同步信号，第二波分复用器207的P1端输出的量子信号最终由g端口输出，实现了QKD终端通过不同端口发出和接收量子信号和同步信号。

请参阅图5，本实用新型实施例提供了一种量子信号与经典信号复用与解复用的装置的第四实施例，包括如本实用新型第二实施例所提供的量子信号与经典信号复用与解复用的装置，此外，量子信号与经典信号复用模块20还包括与第一量子信号与经典信号波分复用器204的光输入端通过光纤连接的第一波分复用器203，用于将输入的同步信号和量子信号复用为光信号。

在本实用新型实施例中，经典信号通过合波器201实现合波，量子信号由a端口输入，同步信号由b端口输入，通过第一波分复用器203实现复用成为光信号，光信号与经典信号经第一量子信号与经典信号波分复用器204复用到光纤链路205进行传输，第一量子信号与经典信号波分复用器204可以对经典信号在量子信号波长λ处进行滤波，以减小量子信号波长λ处的噪声，减少经典信号噪声对量子信号的影响；

在到达第二量子信号与经典信号波分复用器206并经过解复用之后，被分离出的经典信号进入分波器210并按波长分波，最终得到经典信号，而从P0端输出的被分离出的光信号中包含量子信号和同步信号，当信号进入第二波分复用器207后，P1端输出的量子信号会进入第三波分复用器208进一步滤波，以减小量子信号波长以外的其他噪声，第二波分复用器207的R端输出的同步信号会直接接入第三波分复用器208，然后与量子信号汇聚后由g端口输出，实现了将量子信号与同步信号先分离滤波再复用传输，满足量子信号、同步信号共光纤输出场景的需要。

在第一实施例和第三实施例中，量子信号与经典信号解复用模块21还可以包括与第二波分复用器207量子信号输出端通过光纤连接的滤波子模块，其中滤波子模块包括至少一级滤波器，而滤波子模块包括至少两级滤波器时，每级滤波器之间的连接方式为级联，增加滤波子模块后的滤波效果更好，需要说明的是，滤波子模块没有在图中标出，其中滤波子模块不仅可以为滤波器，也可以为波分复用器。

上面是对一种量子信号与经典信号复用与解复用的装置的结构和连接方式进行的详细说明，为便于理解，下面将以一具体应用场景对一种量子信号与经典信号复用与解复用的装置的应用进行说明，应用例包括：

请参阅图6，在本应用例中，QKD发送端的量子信号、同步信号通过不同的光纤输出，QKD接收端的量子信号、同步信号通过不同的光纤接入。为配合QKD终端的光端口情况，a端口为量子信号输入口，b端口为同步信号输入口，e端口为同步信号输出口，g端口为量子信号输出口。

经典信号是由经典信号发生子模块211发出的80个不同波长的经典通信信号组成，单波功率约1dBm，信号波长位于1525nm-1565nm，经过经典信号合波器201后，再经由第一光放大器202进行放大，放大后功率约20dBm；量子信号波长位于1260～1510nm，优选1310nm，同步信号波长位于1310～1510nm，优选1490nm，同步信号用于对QKD网络中量子信号进行同步。

量子信号与同步信号首先经过第一波分复用器203进行合波，然后与经过放大的经典通信信号通过第一量子信号与经典信号波分复用器204复用进光纤链路205进行传输；

当复用信号到达量子信号与经典信号解复用模块21时，第二量子信号与经典信号波分复用器206将经典信号与量子信号、同步信号解复用，解复用后的经典信号通过第二量子信号与经典信号波分复用器206的经典信号输出端输入到第二光放大器209、分波器210，最终由经典信号接收子模块212接收经典信号；

通过第二量子信号与经典信号波分复用器206的P0端口输出的光信号经过第二波分复用器207后，同步信号由R端口经e端口输出波长为λ11的同步信号，通过第二波分复用器207的P1端口输出的量子信号进一步通过第三波分复用器208进行滤波，本应用例中的第三波分复用器208是滤波子模块的一种，只用来滤波，滤除量子信号波长λ00以外的噪声后由g端口输出量子信号。

为证明本实用新型装置能够提高量子信号的信噪比，在所述实施例中，对比了解复用端只使用一个波分复用器和使用两个波分复用器级联时的效果，结果如表1，由数据可见，使用两级波分复用器进行滤波时能够明显减小噪声，提高量子信号的信噪比。

表格1

以上所述，以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种量子信号与经典信号复用与解复用的装置，包括：通过光纤依次连接的量子信号与经典信号复用模块、光纤链路、量子信号与经典信号解复用模块，其特征在于，所述量子信号与经典信号复用模块包括第一量子信号与经典信号波分复用器，所述量子信号与经典信号解复用模块包括第二量子信号与经典信号波分复用器、第二波分复用器；

所述第一量子信号与经典信号波分复用器、所述光纤链路、所述第二量子信号与经典信号波分复用器、所述第二波分复用器通过光纤依次连接；

所述第一量子信号与经典信号波分复用器用于将光信号和经典信号复用融合至所述光纤链路；

所述第二量子信号与经典信号波分复用器用于将所述光纤链路传输来的信号解复用分离出所述光信号和所述经典信号；

所述第二波分复用器用于将所述光信号分离出量子信号和同步信号。

2.根据权利要求1所述的量子信号与经典信号复用与解复用的装置，其特征在于，所述量子信号与经典信号解复用模块还包括第三波分复用器；

所述第三波分复用器与所述第二波分复用器的量子信号输出端、所述第二波分复用器的同步信号输出端均通过光纤连接；

所述第二波分复用器和所述第三波分复用器的接入方式相反；

所述第三波分复用器用于对所述第二波分复用器输出的所述量子信号进行滤波处理，并将所述第二波分复用器输出的所述同步信号和经过滤波处理的所述量子信号复用为所述光信号。

3.根据权利要求1或2所述的量子信号与经典信号复用与解复用的装置，其特征在于，所述量子信号与经典信号复用模块还包括与所述第一量子信号与经典信号波分复用器的光输入端通过光纤连接的第一波分复用器，用于将输入的所述同步信号和量子信号复用为所述光信号。

4.根据权利要求1所述的量子信号与经典信号复用与解复用的装置，还包括与所述第一量子信号与经典信号波分复用器通过光纤连接的经典信号输入模块。

5.根据权利要求1所述的量子信号与经典信号复用与解复用的装置，还包括与所述第二量子信号与经典信号波分复用器通过光纤连接的经典信号输出模块。

6.根据权利要求1所述的量子信号与经典信号复用与解复用的装置，其特征在于，所述量子信号与经典信号解复用模块还包括与所述第二波分复用器的量子信号输出端通过光纤连接的滤波子模块。

7.根据权利要求6所述的量子信号与经典信号复用与解复用的装置，其特征在于，所述滤波子模块包括至少一级滤波器。

8.根据权利要求7所述的量子信号与经典信号复用与解复用的装置，其特征在于，所述滤波子模块包括至少两级滤波器时，每级所述滤波器之间的连接方式为级联。

9.根据权利要求4所述的量子信号与经典信号复用与解复用的装置，其特征在于，所述经典信号输入模块包括经典信号发生子模块、第一光放大器、合波器；

所述经典信号发生子模块、所述合波器、所述第一光放大器、所述第一量子信号与经典信号波分复用器通过光纤依次连接。

10.根据权利要求5所述的量子信号与经典信号复用与解复用的装置，其特征在于，所述经典信号输出模块包括分波器、第二光放大器、经典信号接收子模块；

所述第二量子信号与经典信号波分复用器、所述第二光放大器、所述分波器、所述经典信号接收子模块通过光纤依次连接。