[發明專利]高速高可調帶寬量子平衡零差探測器及其控制方法

有效

• 申請號: 201710757281.9
• 申請日: 2017-08-29
• 公開（公告）號: CN107733641B
• 公開（公告）日: 2020-12-22
• 發明（設計）人: 汪超;黃鵬;曾貴華
• 申請（專利權）人: 上海循態信息科技有限公司
• 主分類號: H04L9/08
• 分類號: H04L9/08;H04B10/079;H04B10/70
• 代理公司: 上海漢聲知識產權代理有限公司 31236
• 代理人: 郭國中

本發明提供了一種高速高可調帶寬量子平衡零差探測器及其控制方法，該探測器包括相干干涉部分、高速平衡零差檢測部分、跨阻放大器部分、第二級高增益帶寬積放大器部分、濾波電路部分、半導體制冷器；相干干涉部分包括微弱的量子信號光和強度較大的本地振蕩光在光束分離器上發生干涉，相干干涉后可通過調節可變衰減器輸出精確50:50分光比的兩路光信號；高速平衡零差檢測部分包括分別在兩個PIN光電二極管上按照一定效率和比例由光強大小轉換成電流的大小，并將兩路光電流匯合獲得差分電流。本發明提高探測的帶寬、響應速度和穩定度。

技術領域

本發明涉及一種零差探測器及其控制方法，具體地，涉及一種高速高可調帶寬量子平衡零差探測器及其控制方法。

背景技術

隨著計算機信息技術的快速發展以及密碼破譯手段、病毒多方式入侵等日趨嚴峻性，信息技術對信息安全的要求日益增加。近些年來，由于量子物理具有的不確定性原理和不可克隆性等特性，利用量子來進行密鑰分發引起了研究人員的廣泛關注。

量子密鑰分發技術主要包括離散變量量子密鑰分發和連續變量量子密鑰分發。離散變量量子密鑰分發研究起步較早也較為成熟。連續變量量子密鑰分發起步較晚但相對于離散變量量子密鑰分發來講，它的密鑰率更高。連續變量量子密鑰分發協議主要基于的是高斯調制協議，協議中檢測量子態的正交場分量是最為關鍵的一步，而現在大多數基于高斯調制的連續變量量子密鑰分發都采用的量子平衡零差探測器進行探測。平衡零差探測器的帶寬，響應速率，穩定性等都是實際問題中需要考慮的問題，而現在的平衡零差探測器的帶寬通常較低，響應度不是太高，散粒噪聲和電噪聲的比值通常低于10dB，這些都制約了探測器的檢測性能，從而影響了整個通信的穩定性，降低了通信的效率。傳統的平衡零差探測器通常受限于不高的帶寬和較低的響應速率，這些因素都制約了系統的重復頻率，從而制約了檢測的密鑰率。同時，傳統的平衡零差探測器通常有較大的電噪聲，這樣對于散粒噪聲的探測造成了影響，而且低散粒噪聲和電噪聲比會制約連續變量量子密鑰分配的傳輸距離。

發明內容

針對現在的平衡零差探測帶寬較低(100MHz左右)、響應速率較慢的缺陷，本發明提供了一種高速高可調帶寬量子平衡零差探測器及其控制方法，其提高探測的帶寬至300MHz、并提高響應速度和穩定度。

根據本發明的一個方面，提供一種高速高可調帶寬量子平衡零差探測器，其特征在于，包括相干干涉部分、高速平衡零差檢測部分、跨阻放大器部分、第二級高增益帶寬積放大器部分、濾波電路部分、半導體制冷器；相干干涉部分包括微弱的量子信號光和強度較大的本地振蕩光在光束分離器上發生干涉，相干干涉后可通過調節可變衰減器輸出精確50:50分光比的兩路光信號；高速平衡零差檢測部分包括分別在兩個PIN光電二極管上按照一定效率和比例由光強大小轉換成電流的大小，并將兩路光電流匯合獲得差分電流；跨阻放大器部分包括低噪聲JFET管與高增益帶寬積放大器，將微弱差分光電流放大為電壓信號；第二級高增益帶寬積放大器部分是將跨阻放大器部分放大后的信號進行兩次放大；半導體制冷器是穩定PIN光電管與低噪聲JFET管的工作溫度；濾波電路部分是將是將高頻干擾噪聲濾除，然后接到示波器或者頻譜儀進行帶寬和噪聲分析。

優選地，所述光電轉換部分利用壓電陶瓷精確地調節信號光與本振光的相位差，以此來獲得想要測量的正交場分量。

優選地，所述跨阻放大器部分結合低噪聲JFET管的低電流噪聲與高增益帶寬積放大器的高增益帶寬的乘積的優點，實現高達300MHz以上帶寬的微弱電流跨阻放大電路。

優選地，，所述第二級高增益帶寬積放大器采用高增益帶寬積的運算放大器，高增益帶寬積的運算放大器的特征是隨著放大倍數的增加，放大帶寬會減小；通過使用兩級高增益帶寬積放大器放大，提高信號的放大帶寬。