CN212012670U - 一种无需强度调制器实现的诱骗态制备装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种无需强度调制器实现的诱骗态制备装置：控制器驱动信号输出端与脉冲驱动组件连接。脉冲驱动组件的第一、第二窄脉冲输出接口分别与诱骗态激光驱动电路和信号态激光驱动电路的脉冲接收接口连接。控制器的两个驱动配置接口分别与诱骗态激光驱动电路和信号态激光驱动电路的配置接口连接。激光器电路接收端与诱骗态激光器驱动电路和信号态激光器驱动电路的脉冲输出端连接。优点是：采用单激光器实现诱骗态制备目的，制备中无需强度调制器和复杂算法对诱骗态制备过程维稳，硬件成本低、安全性高、抗扰动性强，解决多激光器产生的波长不一致、强度调制器受到环境影响导致诱骗态比例漂移使得系统成码率低的问题。

Description

一种无需强度调制器实现的诱骗态制备装置

技术领域

本实用新型涉及量子通信领域，尤其涉及一种无需强度调制器实现的诱骗态制备装置。

背景技术

量子通信技术是量子信息科学的一个重要分支，它是以量子态作为信息单元，利用量子力学的一些原理来传输和保护信息，通常把通信双方以量子态为信息载体，利用量子力学原理，通过量子信道传输，在保密通信双方之间建立共享密钥的方法。量子通讯，包含QKD(Quantum Key Distribution，量子密钥分发)及量子隐形传态等。具体地，量子通讯主要通过光纤进行量子数据传播。如果用户需求的量子密钥的数量较大而量子密钥的成码率低，则导致量子密钥生成速度低于消耗速度，最终导致量子密钥耗尽无法使用，影响量子保密通讯系统的正常运行。

量子通信的优势依赖于单量子态（如单光子）的奇异量子属性。现实条件下，理想的单光子源并不存在。诱骗态装置可以使得基于非理想单光子源的量子通信的安全性等价于理想单光子源，已广泛应用于实际量子保密通信。

现有的诱骗态装置通过如下两种方式实现：

1、利用光学和束单元实现诱骗态调制方案，具体如图1所示：

控制器控制生成两路脉冲光，这两路脉冲光生成的控制装置完全一致。这两路脉冲光分别同时进入脉冲驱动电路A和脉冲驱动电路B，脉冲驱动电路A和脉冲驱动电路B同时输出的两路脉冲信号再分别输入至激光驱动电路A和激光驱动电路B，这两个激光驱动电路各输出一激光驱动信号至激光器电路A和激光器电路B，进一步分别输出第一路脉冲光和第二路脉冲光，在光学合束单元中选用a:b的光源合束单元，实现了两路脉冲光强的差异性完成诱骗态制备。在本方案中，第一路脉冲光和第二路脉冲光的生成装置完全一致。

利用光学和束单元实现诱骗态调制方案所存在的问题：1、需要两组脉冲光生成单元，硬件成本高。2、本方案中通过在光学合束单元内进行合束操作来实现采用光学合束单元实现诱骗态的调制，需要进行合束操作，因此用于控制脉冲光生成的控制器中需要增加延时控制电路，控制该电路受到温度影响后会产生温度漂移，从而会导致合束效果漂移进而使得诱骗态、信号态信号按比例发生漂移，从而使得单光子的制备不准确，进一步对量子光产生影响，最终影响系统的成码率。3、该方案采用两路脉冲光源实现诱骗态制备，在设计中无法保证两路脉冲激光器的波长完全一致，存在安全性漏洞。

2、基于强度调制器实现的诱骗态制备方案，具体如图2所示：

控单元控制脉冲光源控制电路生成一路脉冲光依次通过脉冲驱动电路-激光器驱动电路-激光器电路后输出至光学编码单元。光学编码单元对脉冲光编码后发送至强度调制器（或脉冲光直接送给强度调制器进行诱骗态制备后再送给光学编码模块亦可）进行诱骗态的制备，制备后进行单光子制备最终输出量子光。在采用强度调制器进行诱骗态制备时，需要对强度调制器的设计用于调制光强的RF控制电路、DC控制电路以及对制备完成的诱骗态进行检测的光强检测电路，最终实现诱骗态的调制。

基于强度调制器实现的诱骗态制备方案所存在的问题：1、需要使用强度调制器并结合RF控制电路、DC控制电路和光功率检测组件实现诱骗态的制备，其硬件电路复杂度高，实现难度大，强度调制器本身的成本很高，导致诱骗态制备的成本高昂。2、强度调制器会受到温度、振动等因素影响导致诱骗态、信号态比例产生严重漂移，虽然采用维稳算法可以对漂移进行调节，但是由于强度调制器个体差异性大导致其算法实现复杂（不同的强度调制器需设计不同的调节算法），使得这种诱骗态制备装置的实际工程效果不佳。

所以如何能够提供一种实现方式简单且使得诱骗态制备过程不受温度影响的诱骗态制备装置及装置成为亟待解决的问题。

实用新型内容

本实用新型提供一种无需强度调制器实现的诱骗态制备装置，用以解决现有技术中的诱骗态制备过程受到多激光器波长问题引入安全性漏洞、受到温度、振动等因素影响导致诱骗态和信号态比例产生漂移使得单光子的制备不准确，进一步对量子光产生影响，最终导致系统的成码率不合格的问题。

为了实现上述目的，本实用新型技术方案提供了一种无需强度调制器实现的诱骗态制备装置，它包括控制器、脉冲驱动组件、诱骗态激光器驱动电路、信号态激光器驱动电路、激光器电路。控制器的驱动信号输出端与脉冲驱动组件的驱动信号接收端连接。脉冲驱动组件的第一窄脉冲输出接口与诱骗态激光驱动电路的脉冲接收接口连接。脉冲驱动组件的第二窄脉冲输出接口与信号态激光驱动电路的脉冲接收接口连接。控制器的驱动配置接口一与诱骗态激光驱动电路的配置接口连接。控制器的驱动配置接口二与所述信号态激光驱动电路的配置接口连接。激光器电路的接收端与诱骗态激光器驱动电路的脉冲输出端连接，接收端还与信号态激光器驱动电路的脉冲输出端连接。

作为上述技术方案的优选，较佳的，驱动组件由第一脉冲驱动电路和第二脉冲驱动电路组成，控制器的驱动信号输出端包括诱骗态驱动信号输出端和信号态驱动信号输出端。诱骗态驱动信号输出端与第一脉冲驱动电路的驱动信号接收端连接。信号态驱动信号输出端与第二脉冲驱动电路的驱动信号接收端连接。

作为上述技术方案的优选，较佳的，驱动组件由脉冲驱动电路和高速逻辑开关组成；控制器的驱动信号输出端与脉冲驱动电路的驱动信号接收端连接，脉冲驱动电路的窄脉冲驱动信号发送端与高速逻辑开关的窄脉冲驱动信号接收端连接，控制器的诱骗态控制选择信号与高速逻辑开关的驱动信号选择接口连接。

作为上述技术方案的优选，较佳的，高速逻辑开关，根据控制器发出的诱骗态控制选择信号：通过第一窄脉冲输出接口向诱骗态激光器驱动电路发送一窄脉冲驱动信号或通过第二窄脉冲输出接口向信号态激光器驱动电路发送另一窄脉冲驱动信号。

作为上述技术方案的优选，较佳的，诱骗态激光器驱动电路经第一耦合组件与激光器电路的接收端连接。

作为上述技术方案的优选，较佳的，信号态激光器驱动电路经第二耦合组件与激光器电路的接收端连接。

作为上述技术方案的优选，较佳的，还包括光学编码单元和单光子制备组件，激光器电路的输出端与所述光学编码单元的接收端连接，光学编码单元的输出端与单光子制备组件的接收端连接，单光子制备组件的输出端输出量子光。

本实用新型提供了一种无需强度调制器实现的诱骗态制备装置，它包括控制器、脉冲驱动组件、诱骗态激光器驱动电路、信号态激光器驱动电路、激光器电路。控制器的驱动信号输出端与所述脉冲驱动组件的驱动信号接收端连接。脉冲驱动组件的第一窄脉冲输出接口与所述诱骗态激光驱动电路的脉冲接收接口连接。脉冲驱动组件的第二窄脉冲输出接口与所述信号态激光驱动电路的脉冲接收接口连接。控制器的驱动配置接口一与所述诱骗态激光驱动电路的配置接口连接。控制器的驱动配置接口二与所述信号态激光驱动电路的配置接口连接。激光器电路的接收端与诱骗态激光器驱动电路的脉冲输出端连接，接收端还与所述信号态激光器驱动电路的脉冲输出端连接。

本实用新型的优点是通过采用单激光器实现诱骗态制备的目的，硬件实现简单，成本低、可靠性高。通过采用单激光器解决了现有技术中多激光器方案产生的波长不一致的问题，安全性高。无需强度调制器实现诱骗态的制备，无需复杂的算法对诱骗态制备过程维稳，其成本低、可靠性高、抗扰动性强，解决了强度调制器受到环境影响导致诱骗态比例漂移进而使得系统中成码率低的问题。

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一简单介绍，显而易见地，下面描述中的附图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他的附图。

图1为本实用新型技术方案所涉及的背景技术的结构示意图一。

图2为本实用新型技术方案所涉及的背景技术的结构示意图二。

图3为本实用新型技术方案的总实施例提供的电路图。

图4为本实用新型技术方案的实施例一的电路图。

图5为图4所示实施例的无需强度调制器实现的诱骗态制备装置的示意图。

图6为图4所示实施例的无需强度调制器实现的诱骗态制备装置原理的时序图。

图7为本实用新型技术方案的实施例二的电路图。

图8为图7所示实施例的无需强度调制器实现的诱骗态制备装置的示意图。

图9为图7所示实施例的无需强度调制器实现的诱骗态制备装置原理的时序图。

图10为本实用新型技术方案实施例具体实施方式的流程图。

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、完整的描述，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的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。

现对本实用新型技术方案所提供一种无需强度调制器实现的诱骗态制备装置的电路结构进行说明，如图3所示，它包括控制器1、脉冲驱动组件2、诱骗态激光器驱动电路3、信号态激光器驱动电路4、激光器电路5、光学编码单元6和单光子制备组件7。

控制器1的驱动信号输出端与脉冲驱动组件2的驱动信号接收端连接。脉冲驱动组件2的第一窄脉冲输出接口与诱骗态激光驱动电路的脉冲接收接口连接。脉冲驱动组件2的第二窄脉冲输出接口与信号态激光驱动电路的脉冲接收接口连接。控制器1的驱动配置接口一（图3中Y）与诱骗态激光器驱动电路3的配置接口连接，控制器1的驱动配置接口二（图3中E）与信号态激光器驱动电路4的配置接口连接。驱动配置接口一和驱动配置接口二分别用于向诱骗态诱骗态激光器驱动电路3和信号态激光器驱动电路4发送数值不同的电压/电流，分布用以调整使它们输出的窄脉冲驱动信号的幅值不同。

其中，参考图4所示，脉冲驱动组件2由第一脉冲驱动电路21和第二脉冲驱动电路22组成。控制器1的驱动信号输出端包括诱骗态驱动信号输出端和信号态驱动信号输出端，其诱骗态驱动信号输出端与第一脉冲驱动电路21的驱动信号接收端连接，其信号态驱动信号输出端与第二脉冲驱动电路21的驱动信号接收端连接。

或者：

参考图7所示，脉冲驱动组件2由脉冲驱动电路23和高速逻辑开关24组成。控制器1的驱动信号输出端与脉冲驱动电路23的驱动信号接收端连接，脉冲驱动电路23的窄脉冲驱动信号发送端与高速逻辑开关24的窄脉冲驱动信号接收端S连接，控制器1的诱骗态控制选择信号与高速逻辑开关24的驱动信号选择接口G连接。

高速逻辑开关24，根据控制器1发出的诱骗态控制选择信号，选择第一窄脉冲输出接口W向诱骗态激光器驱动电路3发送一窄脉冲驱动信号或选择第二窄脉冲输出接口T向信号态激光器驱动电路4发送另一窄脉冲驱动信号。

激光器电路5的接收端与诱骗态激光器驱动电路3的脉冲输出端经第一耦合组件8连接。

激光器电路5的接收端与信号态激光器驱动电路4的脉冲输出端经第二耦合组件9连接。激光器电路5的输出端与光学编码单元6的接收端连接，光学编码单元6的输出端与单光子制备组件7的接收端连接，单光子制备组件7的输出端输出量子光。

现通过具体实施例对本实用新型所提供的电路结构进行说明：

实施例一：本实施例中详细对：脉冲驱动组件2由第一脉冲驱动电路21和第二脉冲驱动电路22组成的情况进行说明。第一窄脉冲驱动信号（图中窄脉冲驱动信号A）和第二窄脉冲驱动信号（图中窄脉冲驱动信号B）分别由第一脉冲驱动电路21和第二脉冲驱动电路22分别发送至诱骗态激光器驱动电路3和信号态激光器驱动电路4。

结合图4所示电路图：

第一脉冲驱动电路21接收控制器1发送的诱骗态驱动信号后，向诱骗态激光器驱动电路3发送窄脉冲驱动信号A。

第二脉冲驱动电路22接收控制器1发送的信号态驱动信号后，向信号态激光器驱动电路4发送窄脉冲驱动信号B。

控制器中两个驱动配置接口各与一驱动配置电路连接，用于将两路激光器驱动电路的驱动电流/电压配置成不同的数值。具体的，将第一路驱动电路的电流配置为amA，第二路激光器驱动电流配置为bmA（a，b为自然数或小数）。

当系统中需要发送诱骗态光强时，控制器1控制第一脉冲驱动电路21输出窄脉冲驱动信号A至诱骗态激光器驱动电路3得到窄脉冲驱动信号Ao，诱骗态激光器驱动电路3将接收到的窄脉冲驱动信号A和amA电流，输出幅值为a1mW的窄脉冲驱动信号Ao。同理，第二脉冲驱动电路22输出窄脉冲驱动信号B至信号态激光器驱动电路4得到窄脉冲驱动信号Bo，信号态激光器驱动电路4将接收到的窄脉冲驱动信号B和bmA电流，输出幅值为b1mW的窄脉冲驱动信号Bo。窄脉冲驱动信号Ao和窄脉冲驱动信号Bo分别被电阻/电容耦合后，被同一激光器接收，此激光器发出具有不同幅值的多强度脉冲光源进而完成诱骗态制备。进一步的如图5所示的无需强度调制器实现的诱骗态制备装置的示意图，图5中，光学编码单元6对接收图4最终发出的多强度脉冲光源合进行编码，将编码后的光源送入单光子制备组件7进行制备，最终生成用于QKD系统的量子光。具体的，实施例一的原理的时序图如图6所示。

本实施例的优点是：不需要两路脉冲激光电路和光学合束单元进行诱骗态调制，避免了因多激光器波长问题引入的安全性漏洞。无需强度调制器实现诱骗态的制备，能够有效的降低硬件成本，同时避免了强度调制器受温度影响导致系统中诱骗态、信号态比例漂移问题；该电路连接简单、易于实现且稳定，无需光学元器件进行诱骗态制备。

实施例二：

本实施例详细对：脉冲驱动组件2由一脉冲驱动电路23和一高速逻辑开关24组成的情况进行说明。脉冲驱动电路23向高速逻辑开关24持续发送一窄脉冲驱动信号，控制器向高速逻辑开关24持续发送诱骗态控制选择信号，高速逻辑开关24根据此诱骗态控制选择信号输出第一窄脉冲驱动信号（图中窄脉冲驱动信号A）和第二窄脉冲驱动信号（图中窄脉冲驱动信号B）。具体的，当诱骗态控制选择信号为诱骗态选择信号第一窄脉冲驱动信号生成，否则则为信号态选择信号第二窄脉冲驱动信号生成。

结合图7所示电路图：

脉冲驱动电路23接收控制器1发送的驱动信号后生成一窄脉冲驱动信号，并将此信号持续的发送至高速逻辑开关24。高速逻辑开关24持续接收控制器1发送的诱骗态控制选择信号，根据此信号内容实现选择输出控制。具体的，当诱骗态控制选择信号与窄脉冲驱动信号均为高电平时，则为需要进行诱骗态制备，高速逻辑开关24的通道1输出窄脉冲驱动信号A至诱骗态激光器驱动电路3；当诱骗态控制选择信号为低电平窄脉冲驱动信号为高电平时，则为需要进行信号态输出，高速逻辑开关24的通道2输出脉冲驱动信号B信号态激光器驱动电路4。进一步的，控制器1中两个驱动配置接口各与一驱动配置电路连接，用于将两路激光器驱动电路的驱动电流/电压配置成不同的数值。具体的，将第一路驱动电路的电流配置为cmA，第二路激光器驱动电流配置为dmA（c，d为自然数或小数）。控制器1通过这两个驱动配置接口给诱骗态激光器驱动电路3和信号态激光器驱动电路4提供不同的驱动电流或驱动电压。

诱骗态激光器驱动电路3将接收到的窄脉冲驱动信号A和cmA电流，输出幅值为c1mW的窄脉冲驱动信号Ao。同理，第二脉冲驱动电路22输出窄脉冲驱动信号B至信号态激光器驱动电路4得到窄脉冲驱动信号Bo，信号态激光器驱动电路4将接收到的窄脉冲驱动信号B和dmA电流，输出幅值为d1mW的窄脉冲驱动信号Bo。窄脉冲驱动信号Ao和窄脉冲驱动信号Bo分别被电阻/电容耦合后，被同一激光器接收，此激光器输出具有不同幅值的多强度脉冲光源进而完成诱骗态制备。进一步的如图8所示的无需强度调制器实现的诱骗态制备装置的示意图，图8中，光学编码单元6对接收图7最终发出的多强度脉冲光源合进行编码，将编码后的光源送入单光子制备组件7进行制备，最终生成用于QKD系统的量子光。具体的，实施例一的原理时序图如图9所示。

本实施例的优点是：去掉一路脉冲驱动电路（由电平甄别电路、延时电路、窄脉冲生成电路组成），将其更换为高速逻辑开关电路，降低电路设计复杂度，节约了电路的硬件成本，进一步提高系统的可靠性。

图10为本实用新型的总实施例提供的流程示意图，如图10所示：

步骤101、诱骗态激光器驱动电路3接收由脉冲驱动组件2发出的第一窄脉冲驱动信号及第一驱动配置电路输出的电压/电流，输出诱骗态脉冲信号。

步骤102、信号态激光器驱动电路4接收由脉冲驱动组件2发出的第二窄脉冲驱动信号及第二驱动配置电路输出的电压/电流，输出信号态脉冲信号。

在步骤101和步骤102中：

控制器1具有两路驱动配置电路，分别用于向诱骗态激光器驱动电路3输出第一电压/电流和向信号态激光器驱动电路4输出第二电压/电流。

诱骗态激光器驱动电路3接收第一窄脉冲驱动信号和第一电压/电流后生成幅值为第一电压/电流的诱骗态脉冲信号。

信号态激光器驱动电路4接收第二窄脉冲驱动信号和第二电压/电流后生成幅值为第二电压/电流的信号态脉冲信号。

步骤103、幅值不同的诱骗态脉冲信号和信号态脉冲信号分别被耦合后，激光器电路5对接收到的耦合后的两个脉冲信号进行诱骗态制备，输出多强度脉冲光源。

其中，耦合后诱骗态脉冲信号和耦合后信号态脉冲信号向同一激光器电路发出完成诱骗态制备。

本实用新型的优点是通过采用单激光器实现诱骗态制备的目的，硬件实现简单，成本低、可靠性高。通过采用单激光器解决了现有技术中多激光器方案产生的波长不一致的问题，安全性高。无需强度调制器实现诱骗态的制备，无需复杂的算法对诱骗态制备过程维稳，其成本低、可靠性高、抗扰动性强，解决了强度调制器受到环境影响导致诱骗态比例漂移进而使得系统中成码率低的问题。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各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，或者对其中部分或者全部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范围。

Claims (7)

1.一种无需强度调制器实现的诱骗态制备装置，其特征在于，它包括控制器、脉冲驱动组件、诱骗态激光器驱动电路、信号态激光器驱动电路、激光器电路；

所述控制器的驱动信号输出端与所述脉冲驱动组件的驱动信号接收端连接；

所述脉冲驱动组件的第一窄脉冲输出接口与所述诱骗态激光驱动电路的脉冲接收接口连接；

所述脉冲驱动组件的第二窄脉冲输出接口与所述信号态激光驱动电路的脉冲接收接口连接；

所述控制器的驱动配置接口一与所述诱骗态激光驱动电路的配置接口连接；

所述控制器的驱动配置接口二与所述信号态激光驱动电路的配置接口连接；

所述激光器电路的接收端与所述诱骗态激光器驱动电路的脉冲输出端连接，所述接收端还与所述信号态激光器驱动电路的脉冲输出端连接。

2.根据权利要求1所述的无需强度调制器实现的诱骗态制备装置，其特征在于，所述驱动组件由第一脉冲驱动电路和第二脉冲驱动电路组成，所述控制器的驱动信号输出端包括诱骗态驱动信号输出端和信号态驱动信号输出端；

所述诱骗态驱动信号输出端与所述第一脉冲驱动电路的驱动信号接收端连接；

所述信号态驱动信号输出端与所述第二脉冲驱动电路的驱动信号接收端连接。

3.根据权利要求1所述的无需强度调制器实现的诱骗态制备装置，其特征在于，所述驱动组件由脉冲驱动电路和高速逻辑开关组成；

所述控制器的驱动信号输出端与所述脉冲驱动电路的驱动信号接收端连接，所述脉冲驱动电路的窄脉冲驱动信号发送端与所述高速逻辑开关的窄脉冲驱动信号接收端连接，所述控制器的诱骗态控制选择信号与所述高速逻辑开关的驱动信号选择接口连接。

4.根据权利要求3所述的无需强度调制器实现的诱骗态制备装置，其特征在于，所述高速逻辑开关，根据所述控制器发出的诱骗态控制选择信号：通过第一窄脉冲输出接口向所述诱骗态激光器驱动电路发送一窄脉冲驱动信号或通过第二窄脉冲输出接口向所述信号态激光器驱动电路发送另一窄脉冲驱动信号。

5.根据权利要求1所述的无需强度调制器实现的诱骗态制备装置，其特征在于，所述诱骗态激光器驱动电路经第一耦合组件与所述激光器电路的接收端连接。

6.根据权利要求1所述的无需强度调制器实现的诱骗态制备装置，其特征在于，所述信号态激光器驱动电路经第二耦合组件与所述激光器电路的接收端连接。

7.根据权利要求1所述的无需强度调制器实现的诱骗态制备装置，其特征在于，还包括光学编码单元和单光子制备组件，

所述激光器电路的输出端与所述光学编码单元的接收端连接，所述光学编码单元的输出端与所述单光子制备组件的接收端连接，所述单光子制备组件的输出端输出量子光。

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