CN211127818U - 一种解时分复用的装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种解时分复用的装置。解时分复用的装置包括光探测单元，接收时分复用光并进行探测，并将时分复用光转化为时分复用电信号；时钟分配单元，包括一路信号输入端口，两路或两路以上信号输出端口，可以将输入的电信号经过分频后通过不同的输出端口进行输出；可编程单元，其经配置可以发出用于探测同步电信号的第一控制信号，用于探测经典电信号的第二控制信号；第一逻辑单元以及第二逻辑单元，均包括两路或两路以上信号输入端口，一路信号输出端口，可以进行逻辑运算。本实用新型系统结构相简单，降低了应用成本；提高了经典信号、同步信号的成码率；有效降低系统拉曼散射对于量子光的影响，从而提高了量子密钥的成码率。

Description

一种解时分复用的装置

技术领域

本实用新型涉及量子保密通信技术领域，特别地涉及一种解时分复用的装置。

背景技术

量子保密通信技术作为在量子力学、现代通信以及现代密码学等基础上发展出来的新兴技术，基于量子力学的基本原理，利用“一次一密”的方式对信息进行加密，具有不可破译的特性，拥有无可比拟的安全优势。量子密钥分发(Quantum Key Distribution，QKD)技术是量子保密通信关键技术。现阶段对量子密钥分发技术的重点研究问题之一是如何利用现有的光纤通信网络实现量子密钥的分发。

现有技术中，有一种利用了时分复用技术的量子密钥分发技术实现了利用现有的光纤通信网络进行量子密钥分发，现有技术的接收端接收到发送端的信号光后需要由解时分复用装置进行解时分复用，图1示出了现有技术的解时分复用装置结构示意图。如图1所示的现有技术接收端的解时分复用装置接收到发送端的光信号后，其解时分复用过程，首先是由分光装置对时分复用光进行分光，然后再通过信道把分光后的信号光传输到同步光探测器、经典光探测器以及量子密钥探测器，以通过分别对信号光进行探测，得到同步信号、经典信号以及量子密钥。这样的解时分复用装置，会产生以下的技术问题。第一，现有技术的解时分复用装置需要分光装置，同步光和经典光需要不同的光探测器分别探测，使得装置结构复杂，成本较高；第二，现有技术中先通过分光再分别通过对同步光、经典光进行探测，得到同步信号、经典信号，由于分光过程会造成光的衰减或者相移，会使得同步信号、经典信号的成码率降低；第三，在分光的过程会对光强产生较大的衰减作用，因此需要发射端发出较强的光，而拉曼散射噪声与光强是成正相关的关系，因此会产生较强的拉曼散射作用，从而使得量子密钥成码率低。

实用新型内容

针对现有技术中存在的技术问题，本实用新型提出一种解时分复用的装置，包括：光探测单元，其经配置以接收时分复用光并进行探测，并将所述时分复用光转化为时分复用电信号；时钟分配单元，包括一路信号输入端口，两路或两路以上信号输出端口，其经配置以接收所述时分复用电信号经过分配后形成第一时分复用信号，第二时分复用信号，并输出；可编程单元，其经配置可以发出用于探测同步电信号的第一控制信号，用于探测经典电信号的第二控制信号；第一逻辑单元，包括两路或两路以上信号输入端口，一路信号输出端口，具有逻辑运算功能，其经配置以接收所述第一时分复用信号，所述第一控制信号，并经处理发出所述同步电信号；第二逻辑单元，包括两路或两路以上信号输入端口，一路信号输出端口，具有逻辑运算功能，其经配置以接收所述第二时分复用信号，所述第二控制信号，并经处理发出所述经典电信号。

如上所述的解时分复用的装置，所述时钟分配单元进一步为时钟分配器。

如上所述的解时分复用的装置，所述可编程单元进一步可以包括：控制芯片，其经配置以对信号生成装置或延时装置发出运行指令；信号生成装置，其经配置以接收所述控制芯片的运行指令，生成电信号；延时装置，其经配置以接收所述控制芯片的运行指令，所述信号生成装置生成的所述电信号，根据接收到的所述运行指令对接收到的所述电信号进行延时操作。

如上所述的解时分复用的装置，所述光探测单元进一步为PN结型光探测器，或为PIN型光探测器，或为雪崩光电二极管(APD)探测器，或为拉通型雪崩光电二极管(RAPD)探测器。

如上所述的解时分复用的装置，所述第一逻辑单元或所述第二逻辑单元进一步为逻辑芯片。

如上所述的解时分复用的装置，所述第一逻辑单元或所述第二逻辑单元可以是与门电路、或门电路或非门电路、与非门电路、或非门电路、异或门电路以及同或门电路中的任意一种。

如上所述的解时分复用的装置，所述第一逻辑单元或所述第二逻辑单元进一步为与门电路。

如上所述的解时分复用的装置，所述第一时分复用电信号以及所述第二时分复用电信号的信号特征，与所述时分复用电信号的信号特征一致。

本实用新型的一种解时分复用的装置，取消了现有技术中的分光装置，由一个光探测单元就可以实现对于经典光和同步光的探测，使得系统结构相简单，降低了应用成本。本实用新型相对现有技术，先是对时分复用光进行探测，得到时分复用电信号再通过逻辑单元的处理得到同步电信号以及经典电信号，处理电信号相对于光信号，更为简便，并且精度更高，可以提高信号的成码率。还有就是由于分光装置的取消，使得发送端在发送信号光时的光强相比现有技术而言可以降低，因此可以有效降低系统拉曼散射对于量子光的影响，从而提高了量子密钥的成码率。

附图说明

图1示出了现有技术的时分复用量子密钥分发系统的解时分复用装置的结构示意图；

图2示出了根据本实用新型的发送端的一个示例性实施例的简要结构示意图；

图3示出了根据本实用新型的发送端的信号时隙调制示意图；

图4示出了根据本实用新型的接收端的一个示例性实施例的简要结构示意图；

图5示出了根据本实用新型的解时分复用的装置的一个示例性实施例的结构示意图；

图6示出了根据本实用新型的解时分复用装置的初始化阶段示意图；

图7示出了根据本实用新型的解时分复用装置的初始化阶段信号示意图；

图8示出了根据本实用新型的解时分复用装置的工作阶段示意图；

图9示出了根据本实用新型的解时分复用装置的工作阶段的信号示意图。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。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他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

在以下的详细描述中，可以参看作为本申请一部分用来说明本申请的特定实施例的各个说明书附图。在附图中，相似的附图标记在不同图式中描述大体上类似的组件。本申请的各个特定实施例在以下进行了足够详细的描述，使得具备本领域相关知识和技术的普通技术人员能够实施本申请的技术方案。

图2示出了根据本实用新型的发送端的一个示例性实施例的简要结构示意图。通过图2的实施例，能够简要地说明本实用新型发送端的基本结构。如图2所示，本实用新型的发送端可以包括量子密钥编码单元101，第一激光器103，第一波分复用单元201。

在一些实施例中，量子密钥编码单元101可以接收光信号进行量子密钥编码并将编码后形成的量子信号以量子光的形式进行发送的装置，量子密钥编码单元101可以是偏振编码装置、时间编码装置、相位编码装置或者时间相位编码装置，优选地为时间相位编码装置。量子密钥编码单元101进行量子密钥编码的概率是随机的，在完成量子密钥编码后，以周期为t的波长为λ₁的量子光的形式发出，周期t的数值范围为5ns≤t≤60ns。量子密钥编码单元101可以包括编码制备装置，接收光信号进行量子密钥编码；可以包括诱骗态制备装置，进行诱骗态制备；可以包括单光子制备装置，进行单光子制备。

在一些实施例中，第一激光器103可以发出具有相同波长λ₂的同步光与经典光，其中同步光可用以传输经编码的同步信号，其中经典光可用以传输经编码的经典信号。第一激光器103可以在本实用新型的初始化阶段发送同步光，在本实用新型的工作阶段发送同步光或经典光。第一激光器103所发出的同步光可以传输符合同步数字传输所要求的同步帧，数字同步传输可以采用光纤信道实现多节点同步信息传输、复用、分插复用和交叉连接等功能，第一激光器103发出的同步光可以是占空比小于等于1％的窄脉冲，进一步为占空比小于等于1‰的窄脉冲，第一激光器103所发出的同步光的周期为T1，周期T1的数值范围为5us≤T1≤30us；第一激光器103所发出的经典光可以是脉冲宽度可以调制的经典光脉冲，经典光为占空比小于等于30％的窄脉冲；优选地，为占空比小于等于20％的窄脉冲；进一步地优选为占空比小于等于10％的窄脉冲；第一激光器103所发出的经典光的周期为T2，周期T2的数值范围为t≤T2≤T1。

第一激光器103在发出经典光与同步光的过程中采用了时分复用技术，对信道传输时间切分成不同的时隙，系统将切分后的不同的时隙分配给同步光与经典光，实现了同步光与经典光的时分复用。第一激光器103是按照图3所示的时隙调制图对其所发出的同步光和经典光进行调制。第一激光器103按照图3第一行所示的时隙图对同步光进行调制，如图3第一行所示的同步光波长为λ₂，周期为T1，5us≤T1≤30us；第一激光器103按照图3的第二行所示的时隙图对经典光进行调制，如图3第二行所示的经典光波长为λ₂，周期为T2，t≤T2≤T1；第一激光器103按照图3的第三行所示的时隙图对同步光与经典光进行时分复用，实现了经典光与同步光的时分复用，并发出时分复用光，其中的同步光与相邻经典光的时间差为ΔT，其数值范围为t≤ΔT≤T1/2。

在一些实施例中，第一波分复用单元201包括第一端口C、第二端口R和第三端口T。第一波分复用单元201是双向光学元件，可以被设置成如下模式：当第一频率范围内的光从第二端口R入射，并且/或者第二频率范围内的光在第三端口T入射时，第二端口R和第三端口T的入射光在第一端口C合成一路输出；当光入射到第一端口C，第二端口R输出第一频率范围内的光，第三端口T输出第二频率范围内的光。其中，第一频率范围可以不同于第二频率范围。

第一波分复用单元201可以是稀疏波分复用器、密集波分复用器、带通波分复用器或者是光纤布拉格光栅，但并不限于此。由于稀疏波分复用器、密集波分复用器以及带通波分复用器具有公共端口、反射端口和透射端口，且透射端口的隔离度大于反射端口的隔离度，因此可优选使用这三种波分复用器，并将公共端口设置成第一端口C，反射端口设置成第二端口R，透射端口设置成第三端口T。优选地，第一波分复用单元201可以是隔离度大于等于60dB的波分复用器。

量子密钥编码单元101发出的量子光，第一激光器103发出的时分复用光，可以选择第一波分复用单元201的第二端口R输入，或者可以选择第一波分复用单元201的第三端口T输入，进一步的量子密钥编码单元101发出的量子光可以选择第一波分复用单元201的第三端口T输入，可以利于隔离度最大的透射端口消除本地荧光对于量子光的影响。

在本实用新型中，第一激光器103可以发出波长为λ₂周期为T1的同步光，波长为λ₂的周期为T2的经典光，并按照图3第一行所示的时隙图对同步光进行调制，按照图3的第二行所示的时隙图对经典光进行调制，按照

图3的第三行所示的时隙图对经典光与同步光进行时分复用，实现了经典光与同步光的时分复用，并发出波长为λ₂的时分复用光，在发出的时分复用光中，同步光与相邻的经典光之间的时间差ΔT的数值范围大于等于量子光的周期t且小于等于T1/2；量子密钥编码单元101可以进行量子密钥编码并发出波长为λ₁的周期为t的量子光；时分复用光的波长λ₂与量子光的波长λ₁并不相等；第一波分复用单元201可以接收第一激光器103发出的波长为λ₂的时分复用光与量子密钥编码单元101发出的波长为λ₁的量子光，并对时分复用光和量子光进行波分复用，然后发出波分复用光并经信道传输。

在本实用新型中，量子光与时分复用光，即量子光与经典光或同步光具有不同的波长，可以进行波分复用，这就意味着量子光并不进行时分复用，因此就不会产生现有技术中的在发出量子光之前需要有一个比较长的“清除期”的问题，因此量子光的发送频率是不受时分复用影响的，从而可以实现对量子密钥的高速发送。此外，由于本实用新型的发送端不需要在时分复用的时候使用多个调制器对经典光、同步光进行调制，因而可以使得系统结构简单成本降低。

图4示出了根据本实用新型的接收端的一个示例性实施例的简要结构示意图。如图4所示，本实用新型的接收端可以包括第二波分复用单元203，解时分复用装置301，以及量子密钥解码单元303。

在一些实施例中，第二波分复用单元203是双向光学元件，与第一波分复用单元201具有相似的结构，第二波分复用单元203接收本实用新型的发送端所发送的波分复用光，并对接收到的波分复用光进行解波分复用，其中得到的量子光传输至量子密钥解码单元303，得到的时分复用光传输至解时分复用装置301。

在一些实施例中，解时分复用装置301可以接收第二波分复用单元203传输过来的时分复用光，并对所接收到的时分复用光进行探测，将时分复用光转化为时分复用电信号，并对时分复用电信号经进一步处理得到同步电信号以及经典电信号。

在一些实施例中，量子密钥解码单元303可以接收由第二波分复用单元203所传输过来的量子光，并对量子光进行探测以对量子密钥进行解码，以获取其中的编码信息。

图5示出了根据本实用新型的解时分复用的装置的一个示例性实施例的结构示意图。如图5所示，本实用新型的解时分复用的装置可以包括光探测单元401，时钟分配单元501，可编程单元601，第一逻辑单元603，以及第二逻辑单元605，其中可编程单元601可以包括控制芯片6011，信号生成装置6013，以及延时装置6015。

在一些实施例中，光探测单元401可以接收并探测光信号，并得到相应的电信号，光探测单元401可以是PN结型光探测器，PIN型光探测器，雪崩光电二极管(APD)探测器，或者拉通型雪崩光电二极管(RAPD)探测器。时钟分配单元501可以包括一路信号输入端口，可以包括两路或两路以上的信号输出端口，可以将输入的电信号按照系统要求经过分配后通过不同的输出端口进行输出。优选地，时钟分配单元501可以是时钟分配器。

在一些实施例中，可编程单元601可以根据本实用新型的不同工作阶段发出不同的信号，在初始化阶段可以发出扫描信号，在工作阶段发出控制信号。可编程单元601可以包括控制芯片6011，可以对信号生成装置6013或延时装置6015发出运行指令；信号生成装置6013可以接收控制芯片6011的运行指令，在本实用新型的不同工作阶段生成不同的电信号，在初始化阶段可以发出扫描信号，在工作阶段发出控制信号；延时装置6015可以接收控制芯片6011的运行指令以及信号生成装置6013生成的电信号，根据接收到的运行指令对接收到的电信号进行延时操作。

在一些实施例中，第一逻辑单元603是可以进行逻辑运算的电路，可以是与门电路、或门电路或非门电路，也可以是与非门电路、或非门电路、异或门电路或者同或门电路。第一逻辑单元603可以包括两路或两路以上的信号输入端口，可以包括一路信号输出端口。优选地，第一逻辑单元603可以是逻辑芯片。第二逻辑单元605与第一逻辑单元603具有相似的结构和功能。优选地，第一逻辑单元603，第二逻辑单元605，可以是与门电路。

本实用新型的解时分复用装置可以在本实用新型初始化阶段或工作阶段具有不同的运行模式。

图6示出了根据本实用新型的解时分复用装置的初始化阶段示意图，

图7示出了根据本实用新型的解时分复用装置的初始化阶段信号示意图。在本实用新型初始化阶段，第一激光器103发出同步光，经信道传输至本实用新型的解时分复用装置。光探测单元401接收到同步光并经探测，将同步光转化为图7第一行所示的同步电信号，且同步电信号与同步光具有相同的周期、波长、脉冲宽度、占空比、频率等信号特征。时钟分配单元501接收到同步电信号并分配至第一逻辑单元603。在初始化阶段，本实用新型的发送端可以通过经典信道将同步光的周期、脉冲宽度等信息发送至接收端的解时分复用装置。可编程单元601接收到同步光的周期、脉冲宽度等信息后，由控制芯片6011向信号生成装置6013发出信号生成指令，随机生成与同步电信号具有相同周期、脉冲宽度为同步电信号脉冲宽度1.5倍至3倍的如图7第二行所示的扫描信号，并将扫描信号经延时装置6015发送至第一逻辑单元603。第一逻辑单元603接收到同步电信号与扫描信号后，进行与门逻辑运算。如果第一逻辑单元603进行与门运算后无高电平输出，即扫描信号未扫描到同步电信号，则由控制芯片6011指令延时装置6015对由信号生成装置6013生成的扫描信号进行一定时间的延时操作后得到图7第三行所示的扫描信号，发送至第一逻辑单元603，再由第一逻辑单元603对接收到的同步电信号与扫描信号进行与门运算，直至有高电平输出，此时可编程单元601可生成与同步电信号具有相同周期、相同频率且脉冲宽度是同步电信号脉冲宽度1.5倍至3倍的如图7第四行所示的第一控制信号705，以用于探测同步电信号，并对第一控制信号705进行取反运算操作并生成图7第五行所示的第二控制信号707，以用于探测经典电信号。

图8示出了根据本实用新型的解时分复用装置的工作阶段示意图。图9示出了根据本实用新型的解时分复用装置的工作阶段的信号示意图。如图9所示，第一行是时分复用电信号，第二行是第一时分复用电信号701，第三行是第二时分复用电信号703，第四行是第一控制信号705，第五行是第二控制信号707，第六行是同步电信号，第七行是经典电信号。

在本实用新型工作阶段，光探测单元401接收经本实用新型的发送端所发出的时分复用光，并对所接收到的时分复用光进行探测，将时分复用光转化为时分复用电信号，得到如图9第一行所示的时分复用电信号，所得到的时分复用电信号与时分复用光具有相同的周期、频率、波长、占空比、脉冲宽度等信号特征。时钟分配单元501可以接收图9第一行所示的时分复用电信号，并对所接收的时分复用电信号进行分配，输出图9第二行所示的第一时分复用电信号701、图9第三行所示的第二时分复用电信号703，其中第一时分复用电信号701、第二时分复用电信号703的信号特征与数值与所述时分复用电信号是一致的。第一逻辑单元603接收如图9第二行所示的第一时分复用电信号701以及如图9第四行所示的由可编程单元601所发出的第一控制信号705。第一逻辑单元603可以在接收第一时分复用电信号701、第一控制信号705后进行与门逻辑运算，输出如图9第六行所示的同步电信号，所得到的同步电信号与同步光具有相同的周期、频率、波长、占空比、脉冲宽度等信号特征。第二逻辑单元605，接收如图9第三行所示的第二时分复用电信号703以及如图9第五行所示的由可编程单元601所发出的第二控制信号707。第二逻辑单元605可以在接收第二时分复用电信号703、第二控制信号707后进行与门逻辑运算，输出如图9第七行所示的经典电信号，所得到的经典电信号与经典光具有相同的周期、频率、波长、占空比、脉冲宽度等信号特征。

本实用新型取消了现有技术中的分光装置，相对于现有技术中由不同的光探测器分别对经典光和同步光进行探测，本实用新型由一个光探测单元就可以实现对于经典光和同步光的探测，使得系统结构相对于现有技术大为简单，并且有效的降低了应用成本。此外相对于现有技术中先是通过分光，再从分光后的信号光中探测同步信号以及经典信号，本实用新型先是对时分复用光进行探测，得到时分复用电信号再通过可以进行逻辑运算的第一逻辑单元以及第二逻辑单元的处理得到同步电信号以及经典电信号，处理电信号相对于光信号，更为简便，并且精度更高，可以提高同步电信号以及经典电信号的成码率。还有就是由于分光装置的取消，使得发送端在发送信号光时的光强相比现有技术时分复用的光强而言，可以降低至现有技术的三分之一至二分之一，由于拉曼散射效应与光强成正相关的关系，因此可以有效降低系统拉曼散射对于量子光的影响，从而提高了量子密钥的成码率。

上述实施例仅供说明本实用新型之用，而并非是对本实用新型的限制，有关技术领域的普通技术人员，在不脱离本实用新型范围的情况下，还可以做出各种变化和变型，因此，所有等同的技术方案也应属于本实用新型公开的范畴。

Claims (8)

1.一种解时分复用的装置，其特征是，包括：

光探测单元，其经配置以接收时分复用光并进行探测，并将所述时分复用光转化为时分复用电信号；

时钟分配单元，包括一路信号输入端口，两路或两路以上信号输出端口，其经配置以接收所述时分复用电信号经过分配后形成第一时分复用信号，第二时分复用信号，并输出；

可编程单元，其经配置可以发出用于探测同步电信号的第一控制信号，用于探测经典电信号的第二控制信号；

第一逻辑单元，包括两路或两路以上信号输入端口，一路信号输出端口，具有逻辑运算功能，其经配置以接收所述第一时分复用信号，所述第一控制信号，并经处理发出所述同步电信号；

第二逻辑单元，包括两路或两路以上信号输入端口，一路信号输出端口，具有逻辑运算功能，其经配置以接收所述第二时分复用信号，所述第二控制信号，并经处理发出所述经典电信号。

2.根据权利要求1所述的解时分复用的装置，其特征是，所述时钟分配单元进一步为时钟分配器。

3.根据权利要求1所述的解时分复用的装置，其特征是，所述可编程单元进一步可以包括：

控制芯片，其经配置以对信号生成装置或延时装置发出运行指令；

信号生成装置，其经配置以接收所述控制芯片的运行指令，生成电信号；

延时装置，其经配置以接收所述控制芯片的运行指令，所述信号生成装置生成的所述电信号，根据接收到的所述运行指令对接收到的所述电信号进行延时操作。

4.根据权利要求1所述的解时分复用的装置，其特征是，所述光探测单元进一步为PN结型光探测器，或为PIN型光探测器，或为雪崩光电二极管(APD)探测器，或为拉通型雪崩光电二极管(RAPD)探测器。

5.根据权利要求1所述的解时分复用的装置，其特征是，所述第一逻辑单元或所述第二逻辑单元进一步为逻辑芯片。

6.根据权利要求1所述的解时分复用的装置，其特征是，所述第一逻辑单元或所述第二逻辑单元可以是与门电路、或门电路或非门电路、与非门电路、或非门电路、异或门电路以及同或门电路中的任意一种。

7.根据权利要求1所述的解时分复用的装置，其特征是，所述第一逻辑单元或所述第二逻辑单元进一步为与门电路。

8.根据权利要求1所述的解时分复用的装置，其特征是，所述第一时分复用电信号以及所述第二时分复用电信号的信号特征，与所述时分复用电信号的信号特征一致。

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