[實用新型]量子密鑰分配系統中電光強度調制器閉環控制系統

有效

• 申請號: 201820375149.1
• 申請日: 2018-03-20
• 公開（公告）號: CN207965711U
• 公開（公告）日: 2018-10-12
• 發明（設計）人: 徐煥銀;劉夢婕;劉云;何德勇;薛坤;朱文正;李風雨;王笑言;黃敦鋒;苗春華
• 申請（專利權）人: 安徽問天量子科技股份有限公司
• 主分類號: G05F1/46
• 分類號: G05F1/46;G05B19/042;H04L9/08;H04B10/516;H04B10/70
• 代理公司: 江蘇斐多律師事務所 32332
• 代理人: 王長征

本實用新型公開了一種量子密鑰分配系統中電光強度調制器閉環控制系統，包括激光器、電光強度調制器IM、分束器、光電轉換模塊、鎖相放大器模塊、直流偏置模塊、A/D轉換模塊、D/A轉換模塊、偏壓驅動模塊和FPGA主控模塊，激光器與電光強度調制器IM連接，電光強度調制器IM與分束器連接，分束器的一端與光電轉換模塊連接，光電轉換模塊與鎖相放大器模塊連接，鎖相放大器模塊與直流偏置模塊連接，直流偏置模塊與A/D轉換模塊連接，A/D轉換模塊與FPGA主控模塊連接；本實用新型利用鎖相放大器模塊構成的IM直流工作點實時反饋與自校準的控制方案，解決了QKD系統由于誘騙態制備模塊的安全威脅問題。

技術領域

本實用新型涉及量子密鑰分配系統，具體涉及一種量子密鑰分配系統中電光強度調制器閉環控制系統。

背景技術

目前絕大多數實用的光纖量子密鑰分配系統（以下簡稱QKD）中都采用經過強衰減的弱相干激光作為理想的單光子源，而這種光源有一定的幾率在一個光脈沖里同時含有多個光子，這樣竊聽者就可以在不被發現的情況下通過截取多余的光子來獲得信息。為了應對這一威脅，人們提出了誘騙態BB84量子密鑰分配協議來防御攻擊。

目前誘騙態的產生主要有兩種方案：一種是內調制方案，即采用不同幅度的電流脈沖信號驅動激光器，從而產生不同強度的光信號；另一種是外調制方案，即激光器產生固定強度的光信號，然后使用電光強度調制器（以下簡稱IM）來產生不同強度的光信號。對于內調制方案，由于不同幅度驅動電流在時域上的差別，可能導致誘騙態在時域上存在差別，竊聽者就可以區分信號態和誘騙態。外調制方案是當前QKD系統中最常用的一種方案，同時也是高速QKD系統的應用趨勢。LiNbO3晶體是目前用于制作IM最常用的材料，它不僅具備較高的調制速率，同時具備非常高的消光比。

QKD系統中，IM主要加載射頻調制信號和直流偏壓信號。射頻調制信號用以制備誘騙態，直流偏壓信號用以穩定IM的直流工作點。但是由于IM自身結構的原因，當發生機械振動或者環境溫度等其它因素發生變化時，會引起IM的直流工作點發生向左、向右緩慢的非線性漂移，這樣就可能出現光強漲落的情況。導致QKD系統工作不穩定，同時帶來安全性隱患。

發明內容

本實用新型所要解決的技術問題是針對上述現有技術的不足提供一種量子密鑰分配系統中電光強度調制器閉環控制系統，本量子密鑰分配系統中電光強度調制器閉環控制系統利用調制解調的方式提取出電光強度調制器IM直流工作點漂移的低頻信號。通過FPGA主控模塊對漂移情況進行監測，實時調整電光強度調制器IM的直流偏壓，使得電光強度調制器IM始終處于設定的工作點。該方案可以實現電光強度調制器IM直流工作點的自動控制，使電光強度調制器IM以穩定的消光比持續工作，保證QKD系統安全制備誘騙態，極大提高了QKD系統的穩定性和安全性。

為實現上述技術目的，本實用新型采取的技術方案為：

一種量子密鑰分配系統中電光強度調制器的閉環控制系統，包括激光器、電光強度調制器IM、分束器、光電轉換模塊、鎖相放大器模塊、直流偏置模塊、A/D轉換模塊、D/A轉換模塊、偏壓驅動模塊和FPGA主控模塊，所述激光器與電光強度調制器IM連接，所述電光強度調制器IM與分束器連接，所述分束器的一端與光電轉換模塊連接且另一端用于連接量子信道，所述光電轉換模塊與鎖相放大器模塊連接，所述鎖相放大器模塊與直流偏置模塊連接，所述直流偏置模塊與A/D轉換模塊連接，所述A/D轉換模塊與FPGA主控模塊連接，所述FPGA主控模塊分別與鎖相放大器模塊、D/A轉換模塊、偏壓驅動模塊和電光強度調制器IM連接，所述D/A轉換模塊與偏壓驅動模塊連接，所述偏壓驅動模塊與電光強度調制器IM連接。

作為本實用新型進一步改進的技術方案，所述光電轉換模塊包括PIN光電二級管和前置放大電路，所述分束器與所述PIN光電二級管連接，所述PIN光電二級管與所述前置放大電路連接，所述前置放大電路采用跨阻運算放大器。