CN211378032U

CN211378032U - 共纤传输中的经典光通信装置、发射机、接收机及系统

Info

Publication number: CN211378032U
Application number: CN201921709511.5U
Authority: CN
Inventors: 刘鹏; 高天
Original assignee: Beijing Zhongchuangwei Nanjing Quantum Communication Technology Co ltd
Current assignee: Beijing Zhongchuangwei Nanjing Quantum Communication Technology Co ltd
Priority date: 2019-10-12
Filing date: 2019-10-12
Publication date: 2020-08-28
Anticipated expiration: 2029-10-12

Abstract

本申请公开了一种共纤传输中的经典光通信装置、发射机、接收机及系统，该装置包括：处理器、经典光驱动模块、第一激光器、APD和甄别模块；处理器分别与经典光驱动模块和甄别模块连接；经典光驱动模块与第一激光器连接，用于根据处理器输出的第一信息帧生成驱动信号，驱动信号为用于驱动激光器输出的电信号；甄别模块与APD连接，用于识别并放大第二信息帧。本申请通过经典光驱动模块和甄别模块替代不可编辑的PHY芯片，由处理器对信息进行编解码。由于是通过处理器对信息进行编解码，所以可以通过处理器调整具体的编码方式，避免信息帧中携带多余的信息。因为不再携带多余的信息，所以减小了根据信息帧所发送的经典光对量子光的干扰。

Description

共纤传输中的经典光通信装置、发射机、接收机及系统

技术领域

本实用新型涉及光通讯技术领域，特别涉及一种共纤传输中的经典光通信装置、发射机、接收机及系统。

背景技术

量子密钥分发(Quantum Key Distribution，QKD)是一种利用量子力学特性在两个节点之间分发等同的随机数比特串的技术。考虑到量子信号强度较弱，在QKD系统中，会为量子信号单独分配一根光纤并将量子光信号和经典光信号隔离。但是，这种做法会造成光纤资源的浪费。对此，将经典光信号和量子光信号融合在一根光纤中进行传输即共纤传输已经成为QKD系统中一重要技术。

在相关技术中，共纤传输的系统如图1所示，系统中的接收方或发送方包括经典光通信设备101、量子通信设备102和波分复用器103。经典光通信设备101发出的经典光和量子通信设备102发出的量子光通过波分复用器103复用到一根光纤中。

但是在相关技术中经典光通信设备发出的经典光，由于经典光本身的强度以及经典光导致的噪声，会对量子光的造成较大的干扰。

实用新型内容

本申请提供一种共纤传输中的经典光通信装置、发射机、接收机及系统，可以用于解决相关技术中经典光通信设备发出的经典光，由于经典光本身的强度以及经典光导致的噪声，会对量子光的造成较大的干扰的问题。

第一方面，本申请提供一种共纤传输中的经典光通信装置，所述装置包括：处理器、经典光驱动模块、第一激光器、雪崩二极管APD和甄别模块；

所述处理器分别与所述经典光驱动模块和所述甄别模块连接；

所述经典光驱动模块与所述第一激光器连接，用于根据所述处理器输出的第一信息帧生成驱动信号，所述驱动信号为用于驱动所述激光器输出的电信号；

所述甄别模块与所述APD连接，用于识别并放大第二信息帧，所述第二信息帧携带在所述APD输出的电信号中。

可选地，所述经典光驱动模块包括：数据分配芯片、延时单元和门级电路单元，所述门级电路单元包括非门和与门；

所述数据分配芯片的两个输出端与所述延时单元的两个输入端连接；

所述延时单元的第一输出端与所示与门的第一输入端连接，所述延时单元的第二输出端与所示非门的输入端连接；

所述非门的输出端与所述与门的第二输入端连接。

可选地，所述处理器包括编码单元和解码单元；

所述编码单元与所述经典光驱动模块连接，用于编码所述经典光通信装置所要传输的信息，生成所述第一信息帧；

所述解码单元与所述甄别模块连接，用于解码所述经典光通信装置接收的所述第二信息帧。

第二方面，本申请提供一种共纤传输中的发射机，所述发射机包括：处理器，经典光驱动模块、第一激光器、雪崩二极管APD、甄别模块、第一滤波器、两个量子光驱动模块、第二激光器、第三激光器、第一波分复用器、第二波分复用器、第三波分复用器、第一可变光衰减器VOA、第二VOA和第三VOA；

所述处理器分别与所述经典光驱动模块、所述甄别模块以及所述两个量子光驱动模块连接；

所述甄别模块与所述APD连接，用于放大并识别第二信息帧，所述第二信息帧携带在所述APD输出的电信号中；

所述两个量子光驱动模块分别与所述第二激光器和所述第三激光器连接；

所述第一激光器、所述第二激光器和所述第三激光器分别与所述第一VOA、第二VOA 和第三VOA连接；

所述APD与所述第一滤波器连接；

所述第一波分复用器连接所述第一滤波器和所述第一VOA，所述第二波分复用器连接所述第一波分复用器和所述第二VOA，所述第三波分复用器连接所述第二波分复用器和所述第三VOA。

第三方面，一种共纤传输中的接收机，其特征在于，所述接收机包括：处理器，经典光驱动模块、第四激光器、雪崩二极管APD、甄别模块、第四VOA、第二滤波器、第三滤波器、单光子探测器、PIN二极管、第四波分复用器、第五波分复用器以及第六波分复用器；

所述处理器分别与所述经典光驱动模块、所述甄别模块、所述单光子探测器以及所述PIN 二极管连接；

所述经典光驱动模块与所述第四激光器连接，用于根据所述处理器输出的第一信息帧生成驱动信号，所述驱动信号为用于驱动所述激光器输出的电信号；

所述APD与所述第二滤波器连接，所述第四激光器与所述第四OVA连接；

所述单光子探测器与所述第三滤波器连接；

所述第四波分复用器连接所述第二滤波器和所述第四VOA，所述第五波分复用器连接所述第四波分复用器和所述PIN二极管，所述第六波分复用器连接所述第五波分复用器和所述第三滤波器。

第四方面，一种共纤传输系统，其特征在于，所述系统包括上述第二方面所述的发射机和上述第三方面所述的接收机；所述发射机和所述接收通过单一光纤路径连接。

在本申请中，通过使用经典光驱动模块和甄别模块替代不可编辑的PHY芯片，由处理器对信息进行编解码。由于是通过处理器对信息进行编解码，所以可以通过处理器调整具体的编码方式，避免信息帧中携带多余的信息。因为不再携带多余的信息，所以减小了根据信息帧所发送的经典光对量子光的干扰。

附图说明

为了更清楚地说明本申请的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，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是现有技术中共纤传输的系统的示意图；

图2是一示例性实施例示出的一种共纤传输中的经典光通信装置的框图；

图3是一示例性实施例示出的另一种共纤传输中的经典光通信装置的框图；

图4是一示例性实施例示出的另一种共纤传输中的经典光通信装置的框图；

图5是一示例性实施例示出的一种利用共纤传输的QKD系统中的发射机的框图；

图6是一示例性实施例示出的一种利用共纤传输的QKD系统中的接收机的框图；

图7是一示例性实施例示出的一种共纤传输系统的框图。

具体实施方式

这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本申请相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本申请的一些方面相一致的装置和方法的例子。

图2是根据一示例性实施例示出的一种共纤传输中的经典光通信装置的框图，如图2 所示，该经典光通信装置20包括：处理器201、经典光驱动模块202、第一激光器203、雪崩二极管(avalanche photodiode，APD)204和甄别模块205。

处理器201与经典光驱动模块202连接。其中，处理器201将需要传输的信息进行编码处理，根据通信协议，例如传输控制协议(Transmission Control Protocol，TCP)，编码生成第一信息帧。即使所要传输的信息相同，基于不同的通信协议，处理器201生成的信息帧也不相同。处理器201根据通信协议编码生成信息帧的方式可以由技术人员根据实际应用预先设定。处理器201将编码生成的第一信息帧以电信号的形式传输至经典光驱动模块。可选地，处理器201是现场可编程逻辑门阵列(Field Programmable Gate Array， FPGA)，或者，中央处理器(central processing unit，CPU)。

经典光驱动模块202与第一激光器203连接。经典光驱动模块202接收到处理器201发送的第一信息帧后，根据第一信息帧生成驱动信号。该驱动信号是用于驱动激光器的电信号。根据接收到的信息帧的不同，经典光驱动模块202生成的驱动信号也不同，从而驱动激光器发出不同的信号光即经典光。第一激光器203受经典光驱动模块202所发出的驱动信号驱动输出经典光。

当经典光通信装置作为QKD系统中发送端的一部分时，处理器201编码生成第一信息帧，经典光驱动模块202根据第一信息帧生成驱动信号以驱动第一激光器203。经典光通信装置中的APD 204和甄别模块205用于实现经典光通信装置作为QKD系统中接收端的一部分时的功能。

处理器201与甄别模块205连接，甄别模块205与APD 204连接。当QKD系统中的发送端发送的信号后，经过发送端和接收端之间的光纤和接收端的波分复用器，信号中的经典光传输至APD 204。APD 204将光信号转换至电信号传输给甄别模块205。APD 204传输给甄别模块205的电信号中除了QKD系统双方所要传输的信息对应外，还包括其他无用的信息，例如噪音带来的干扰。因此，甄别模块205识别APD 204所传输的电信号中QKD系统双方所要传输的信息即第二信息帧，将第二信息帧对应的信号部分提取放大并发送给处理器201。处理器201对甄别模块205发送的第二信息帧进行解码，得到上述信息。

在现有技术中，QKD系统中经典光通信装置通常由处理器、PHY芯片和SEP光模块组成。处理器确定所要发送的信息并传输至PHY芯片，由PHY芯片对信息进行编码，并生成相应的驱动信号以驱动SFP光模块发出经典光。其中，PHY芯片的编解码方式是固定的、不可编辑的。在实际的QKD系统应用中，根据通信协议对发送的信息进行编码生成的信息帧包括部分在QKD系统中无用的信息，但由于PHY芯片固定的编解码方式，无法去除上述无用的信息。对于经典光，携带的信息量越多，则激光器发出的光越强。由于携带了多余的信息，导致经典光的光强过强，对量子光的干扰过大。

可选地，如图3所示，其示出了一示例性实施例示出的一种共纤传输中的经典光通信装置的框图。在该经典光通信装置中，处理器201、经典光驱动模块202、第一激光器203、APD 204和甄别模块205。处理器201包括编码单元和解码单元。编码单元与经典光驱动模块202 连接，用于编码经典光通信装置所要传输的信息，生成第一信息帧。解码单元与甄别模块连接，用于解码经典光通信装置接收的第二信息帧。

可选地，在QKD系统中，经典光对量子光的干扰程度与经典光自身的占空比有关。占空比越高，经典光对量子光的干扰程度越高；占空比越低，经典光对量子光的干扰程度越低。如图4所示，其示出了经典光通信装置内经典光驱动模块202。经典光驱动模块202包括数据分配芯片2021、延时单元2022和门级电路单元，门级电路单元包括非门2023和与门2024。数据分配芯片2021也被称为差分1:2时钟/数据分配芯片(differential 1-to-2clock/data distribution chip)。数据分配芯片2021的两个输出端与延时单元2022的两个输入端连接。延时单元2022的第一输出端和与门2024的第一输入端连接、第二输出端与非门2023的输入端连接。非门2023的输出端和与门2024的第二输入端连接。与门2024的输出端与第一激光器203连接。处理器201将编码生成的第一信息帧传输至数据分配芯片2021，数据分配芯片2021将与第一信息帧对应的信号相同的两个信号传输给延时单元2022。上述两个信号经过延时单元2022的延时,一个直接输入至与门2024。另一个先输入至非门2023取非，再输入至与门2024，最终与门2024输出一个驱动信号。相较于现有技术中PHY芯片输出的驱动信号，通过上述经典光驱动模块202输出的驱动信号的占空并更低，能够有效减小对量子光的干扰。

在本申请实施例中，通过使用经典光驱动模块和甄别模块替代不可编辑的PHY芯片，由处理器对信息进行编解码。由于是通过处理器对信息进行编解码，所以可以通过处理器调整具体的编码方式，避免信息帧中携带多余的信息。因为不再携带多余的信息，所以减小了根据信息帧所发送的经典光对量子光的干扰。

本申请还提供一种共纤传输中的发射机。如图5所示，其示出了一示例性实施例示出的一种利用共纤传输的QKD系统中的发射机的框图。该发射机包括：处理器301，经典光驱动模块302、第一激光器303、APD 304、甄别模块305、第一滤波器306、两个量子光驱动模块：量子光驱动模块307和量子光驱动模块308、第二激光器309、第三激光器310、第一波分复用器311、第二波分复用器312、第三波分复用器313、第一可变光衰减器 (Variable OpticalAttenuator，VOA)314、第二VOA 315和第三VOA 316。

处理器301分别与经典光驱动模块302、甄别模块305连接以及两个量子光驱动模块：量子光驱动模块307和量子光驱动模块308连接。经典光驱动模块302与第一激光器303连接。甄别模块305与APD 304连接。量子光驱动模块307和量子光驱动模块308分别与第二激光器309和第三激光器310连接。第一激光器303、第二激光器309和第三激光器310 分别与第一VOA 314、第二VOA 315和第三VOA 316连接。APD 304与第一滤波器306连接。第一波分复用器311连接第一滤波器306和第一VOA 314，第二波分复用器312连接第一波分复用器311和第二VOA 316，第三波分复用器313连接第二波分复用器312和第三VOA 315。

可选地，第一分复用器311、第二波分复用器312和第三波分复用器313是粗波分复用器(Coarse Wavelength Division Multiplexer，CWDM)。

第一激光器303、第二激光器309和第三激光器310分别受到经典光驱动模块302、量子光驱动模块307和量子光驱动模块308的驱动，分别发出一道经典光和两道量子光。发出的一道经典光和两道量子光分别经过第一VOA 314、第二VOA 315和第三VOA 316的衰减，再通过第一波分复用器311、第二波分复用器312和第三波分复用器313隔合在单根光纤传输发送。

在QKD系统包括发送端和接收端，上述发射机作为系统中的发送端时，相应地，本申请还提供一种接收机作为接收端。如图6所示，其示出了据一示例性实施例示出的一种利用共纤传输的QKD系统中的接收机的框图。接收机包括：处理器401，经典光驱动模块 402、第四激光器403、APD 404、甄别模块405、第四VOA 406、第二滤波器407、第三滤波器408、单光子探测器409、PIN二极管410、第四波分复用器411、第五波分复用器412 以及第六波分复用器413。

处理器401分别与经典光驱动模块402；单光子探测器409以及PIN二极管410连接。经典光驱动模块402与第四激光器403连接，用于根据处理器401输出的第一信息帧生成驱动信号，驱动信号为用于驱动激光器输出的电信号。甄别模块405与APD 404连接，用于放大并识别第二信息帧，第二信息帧携带在APD 404输出的电信号中。APD 404与第二滤波器407连接，第四激光器403与第四OVA 406连接。单光子探测器409与第三滤波器408连接。第四波分复用器411连接第二滤波器407和第四VOA 406，第五波分复用器412连接第四波分复用器411和PIN二极管410，第六波分复用器413连接第五波分复用器412和第三滤波器408。

在接收机中，第四激光器403用于发出经典光。该第四激光器403与发射机中的第一激光器相同。接收机中的第二滤波器407与发射机中的第一滤波器相同。第四分复用器411、第五波分复用器412和第六波分复用器413是CWDM。

在本申请实施例中，对于QKD系统中发射机和接收机，在其经典光部分，通过使用经典光驱动模块和甄别模块替代不可编辑的PHY芯片，由处理器对信息进行编解码。由于是通过处理器对信息进行编解码，可以通过处理器调整具体的编码方式，避免信息帧中携带多余的信息。因为不再携带多余的信息，所以减小了根据信息帧所发送的经典光对量子光的干扰。

本申请还提供一种共纤传输系统。该系统应用于QDK系统中。如图7所示，其示出了据一示例性实施例示出的一种共纤传输系统的框图。该共纤传输系统应用于QKD系统中。

发射机包括：处理器301，经典光驱动模块302、第一激光器303、APD 304、甄别模块305、第一滤波器306、两个量子光驱动模块：量子光驱动模块306和量子光驱动模块307、第二激光器309、第三激光器310、第一波分复用器311、第二波分复用器312、第三波分复用器313、第一可变光衰减器(Variable Optical Attenuator，VOA)314、第二 VOA 315和第三VOA 316。

处理器301分别与经典光驱动模块302、甄别模块305连接以及两个量子光驱动模块：量子光驱动模块306和量子光驱动模块307连接。经典光驱动模块302与第一激光器303连接。甄别模块305与APD 304连接。量子光驱动模块306和量子光驱动模块307分别与第二激光器309和第三激光器310连接。第一激光器303、第二激光器309和第三激光器310 分别与第一VOA 314、第二VOA 315和第三VOA 316连接。APD 304与第一滤波器306连接。第一波分复用器311连接第一滤波器306和第一VOA 314，第二波分复用器312连接第一波分复用器311和第二VOA 316，第三波分复用器313连接第二波分复用器312和第三VOA 315。

接收机包括：处理器401，经典光驱动模块402、第四激光器403、APD 404、甄别模块405、第四VOA 406、第二滤波器407、第三滤波器408、单光子探测器409、PIN二极管410、第四波分复用器411、第五波分复用器412以及第六波分复用器413。

处理器401分别与经典光驱动模块402；单光子探测器409以及PIN二极管410连接。

经典光驱动模块402与第四激光器403连接，用于根据处理器401输出的第一信息帧生成驱动信号，驱动信号为用于驱动激光器输出的电信号。甄别模块405与APD 404连接，用于放大并识别第二信息帧，第二信息帧携带在APD 404输出的电信号中。APD 404与第二滤波器407连接，第四激光器403与第四OVA 406连接。单光子探测器409与第三滤波器408连接。第四波分复用器411连接第二滤波器407和第四VOA 406，第五波分复用器412连接第四波分复用器411和PIN二极管410，第六波分复用器413连接第五波分复用器412和第三滤波器408。

发射机中的第一激光器303、第二激光器309和第三激光器310分别受到经典光驱动模块302、量子光驱动模块307和量子光驱动模块308的驱动，分别发出一道经典光和两道量子光。发出的一道经典光和两道量子光分别经过第一VOA 314、第二VOA 315和第三VOA316的衰减，再通过第一波分复用器311、第二波分复用器312和第三波分复用器313隔合在单根光纤传输发送至接收机。接收机接收后，经过第四波分复用器411、第五波分复用器412以及第六波分复用器413。两道量子光分别传输至单光子探测器409和PIN二极管 410，经典光经过第二滤波器407和APD 404传输至甄别模块405。最终，单光子探测器409、 PIN二极管410和甄别模块405分别将两道量子光和一道经典光中的所要传输的信息发送至处理器401。

在本申请实施例中，通过使用经典光驱动模块和甄别模块替代不可编辑的PHY芯片，由处理器对信息进行编解码。由于是通过处理器对信息进行编解码，可以通过处理器调整具体的编码方式，避免信息帧中携带多余的信息。因为不再携带多余的信息，所以减小了根据信息帧所发送的经典光对量子光的干扰。

以上结合具体实施方式和范例性实例对本申请进行了详细说明，不过这些说明并不能理解为对本申请的限制。本领域技术人员理解，在不偏离本申请精神和范围的情况下，可以对本申请技术方案及其实施方式进行多种等价替换、修饰或改进，这些均落入本申请的范围内。本申请的保护范围以所附权利要求为准。

Claims

1.一种共纤传输中的经典光通信装置，其特征在于，所述装置包括：处理器、经典光驱动模块、第一激光器、雪崩二极管APD和甄别模块；

2.根据权利要求1所述的经典光通信装置，其特征在于，所述经典光驱动模块包括：数据分配芯片、延时单元和门级电路单元，所述门级电路单元包括非门和与门；

所述非门的输出端与所述与门的第二输入端连接。

3.根据权利要求1所述的经典光通信装置，其特征在于，所述处理器包括编码单元和解码单元；

4.一种共纤传输中的发射机，其特征在于，所述发射机包括：处理器，经典光驱动模块、第一激光器、雪崩二极管APD、甄别模块、第一滤波器、两个量子光驱动模块、第二激光器、第三激光器、第一波分复用器、第二波分复用器、第三波分复用器、第一可变光衰减器、第二可变光衰减器和第三可变光衰减器；

所述第一激光器、所述第二激光器和所述第三激光器分别与所述第一可变光衰减器、第二可变光衰减器和第三可变光衰减器连接；

所述APD与所述第一滤波器连接；

所述第一波分复用器连接所述第一滤波器和所述第一可变光衰减器，所述第二波分复用器连接所述第一波分复用器和所述第二可变光衰减器，所述第三波分复用器连接所述第二波分复用器和所述第三可变光衰减器。

5.一种共纤传输中的接收机，其特征在于，所述接收机包括：处理器，经典光驱动模块、第四激光器、雪崩二极管APD、甄别模块、第四可变光衰减器、第二滤波器、第三滤波器、单光子探测器、PIN二极管、第四波分复用器、第五波分复用器以及第六波分复用器；

所述处理器分别与所述经典光驱动模块、所述甄别模块、所述单光子探测器以及所述PIN二极管连接；

所述APD与所述第二滤波器连接，所述第四激光器与所述第四可变光衰减器连接；

所述单光子探测器与所述第三滤波器连接；

所述第四波分复用器连接所述第二滤波器和所述第四可变光衰减器，所述第五波分复用器连接所述第四波分复用器和所述PIN二极管，所述第六波分复用器连接所述第五波分复用器和所述第三滤波器。

6.一种共纤传输系统，其特征在于，所述系统包括权利要求4所述的发射机和权利要求5所述的接收机；

所述发射机和所述接收通过单一光纤路径连接。