[發明專利]便攜式光源位置自動校準系統及校準方法

有效

• 申請號: 201310269727.5
• 申請日: 2013-06-28
• 公開（公告）號: CN103368727A
• 公開（公告）日: 2013-10-23
• 發明（設計）人: 范永勝;賈云;唐世彪;周雷;陳騰云;趙梅生
• 申請（專利權）人: 安徽量子通信技術有限公司;山東量子科學技術研究院有限公司
• 主分類號: H04L9/08
• 分類號: H04L9/08
• 代理公司: 安徽匯樸律師事務所 34116
• 代理人: 丁瑞瑞

技術領域

本發明涉及量子保密通信領域，尤其是一種校準量子密鑰分發（QKD）中光源位置的系統及方法，具有量子密鑰分發設備在工業化和產品化方面的實用性。

背景技術

量子密鑰分發（Quantum?Key?Distribution，QKD）與經典密鑰體系的根本不同在于，其采用光子的不同量子態作為密鑰的載體，由量子力學的基本原理保證了該過程的不可竊聽、不可破譯性，從而提供了一種更為安全的密鑰體系。

在目前實用QKD系統中，發送方的設計一般包括主控制部分和光源發送部分，如圖1所示。主控制部分控制光源驅動信號的產生，并且該信號經過延時單元后，輸出給光源發送部分的激光器。各路激光器產生的光脈沖經過光路模塊的合束后，最終形成一路光信號，再經過光纖傳輸至系統的接收方。

現實中基于弱相干光源的QKD系統，由于儀器設備的不完美和傳輸信道損耗的存在，給光子數分離（PNS）攻擊提供了可乘之機。為了抵抗這種攻擊，發送方Alice在真實的信號之間加入一定比例的誘騙態信號（圖2中幅度較低的為誘騙態信號）發送給接收方Bob，通信雙方通過測量和比較誘騙態信號的傳輸特性來檢測是否存在PNS攻擊。在系統安全性方面，QKD系統的發送方在每個發光時刻上隨機選擇不同的信號態或誘騙態進行發送，但是如果各路光脈沖到達系統接收方時，相對位置不穩定，就會給竊聽者留下攻擊QKD系統的漏洞，攻擊者能根據光脈沖到達的不同時刻判斷出哪些是信號態，哪些是誘騙態，從而只針對信號態進行PNS攻擊，這樣誘騙態的使用便失去了意義。

因此，為保證系統的安全性，要求接收方接收到的光脈沖具有時間上的不可分辨性，即當發送方按固定的周期產生各路光源驅動信號時，最終在光纖上傳輸的也應是一串具有固定的周期的光脈沖信號；若通過示波器余輝模式觀察，各路光脈沖的位置應保持一致，如圖2所示。然而，實際的系統中，發送方發射的光信號經過光路，由于不同的路徑差，最終通過光纖傳輸時，各路光脈沖之間的相對位置是不固定的，如圖3所示。

從主控制部分出口處的光源驅動信號到最終在光纖上傳輸的光脈沖信號，這之間的路徑上引起時延誤差的因素主要包括(圖1所示)：

1）主控制部分出口處的光源驅動信號到激光器之間的路徑（1），由于PCB布線或是其他傳輸介質等因素的影響，會存在不精確相等；

2）激光器的尾纖（2）的長度不嚴格相等；

3）光路模塊中各種光學器件（3）引起的不同延時。

基于上述，為保證量子密鑰分發系統的安全性，出廠前，每一臺QKD設備均需要校準光源位置。如圖4所示，現有的技術方案中，在校準光源位置時，配合使用外部輔助測量設備（如示波器、單光子探測器等），通過PC機控制軟件，人工手動下發延時單元的延時值，最終使得經光路模塊輸出到光纖上的各路光脈沖信號滿足時間上不可分辨的要求。

現有技術存在的主要缺點如下：

1）需要高精度的外部輔助測量設備（如示波器、單光子探測器等）做支持，成本比較高；

2）外部輔助測量設備通常不方便移動，需要配合PC機上的控制軟件才能完成校準工作，操作不夠靈活便捷；

3）手動下發的延時值是通過觀察示波器上的信號波形，或通過統計單光子探測器的最大計數得到的一個估計值，往往需要進行多次這樣的手動校準操作才能達到要求，且一次只能對一路光源位置進行校準，對多路光源位置的校準需要逐次進行，因而整個校準的過程比較耗時，工作量較大，可重復性較差，操作較復雜。

發明內容

本發明提出了一種成本低、操作簡單靈活的便攜式光源位置自動校準系統，在QKD運行之前，利用該系統通過自動設置各路延時值的方式，完成對各路光源位置的同時校準。

本發明采用以下技術方案解決上述技術問題：

請參閱圖5所示，本發明便攜式光源位置自動校準系統包括：光電轉換模塊、時間測量模塊、位置偏移計算模塊、延時控制模塊、板級通信接口和系統開關。

光電轉換模塊與時間測量模塊相連接，位置偏移計算模塊與時間測量模塊和延時控制模塊相連接，系統開關與延時控制模塊相連，延時控制模塊的對外接口為板級通信接口。

進一步地，所述便攜式光源位置自動校準系統還包括校準結果指示LED,校準結果指示LED與位置偏移計算模塊相連。

該光源位置自動校準系統為便攜式系統，上述光電轉換模塊、時間測量模塊、位置偏移計算模塊、延時控制模塊、板級通信接口、校準結果指示LED和系統開關均集成在一塊單板上實現。