[發明專利]一種實現平衡探測系統自動平衡的裝置及方法

有效

• 申請號: 201911367637.3
• 申請日: 2019-12-26
• 公開（公告）號: CN110943836B
• 公開（公告）日: 2022-03-18
• 發明（設計）人: 樊礬;張濤;劉金璐;夏騫;徐兵杰
• 申請（專利權）人: 中國電子科技集團公司第三十研究所
• 主分類號: H04L9/08
• 分類號: H04L9/08;H04B10/54;H04B10/70
• 代理公司: 成都九鼎天元知識產權代理有限公司 51214
• 代理人: 鄧世燕

本發明公開了一種實現平衡探測系統自動平衡的裝置及方法，裝置包括依次連接的可調分束比2×2光纖耦合器、平衡放大光電探測電路和信號采集電路，所述信號采集電路依次與信號處理電路、可調分束比2×2光纖耦合器驅動電路和可調分束比2×2光纖耦合器連接。與現有技術相比，本發明的積極效果是：(1)本發明的裝置結構簡單，體積小，便于集成；(2)可調分束比2×2光纖耦合器調節精度高、響應速度較快、穩定性好，可以快速精確地實現自動平衡調節，使系統長期穩定工作；(3)該裝置器件所需少，系統復雜度低，且控制電路和驅動電路結構簡單，易于實現。

技術領域

本發明涉及一種實現平衡探測系統自動平衡的裝置及方法。

背景技術

隨著現代科學技術的發展，信息的安全性越來越受到人們的重視。量子密鑰分發基于量子力學的基本原理(海森堡不確定性原理和量子不可克隆定理等)，任何第三方的竊聽行為都能夠在密鑰傳輸過程中被檢測出來，從而使得合法通信雙方在異地共享一組無條件的安全密鑰。連續變量量子密鑰分發(CVQKD)技術因其具有潛在高碼率及與經典光通信良好兼容性等特點，受到了業界廣泛關注。

平衡探測器是CVQKD系統中接受端的核心模塊，其噪聲大小、穩定性以及平衡性直接決定了系統的整體性能。理想的平衡探測要求信號光和本振光以精確的50％比例分光并干涉，干涉后兩路光信號經過對稱光路到達光電二極管(PIN管)進行光電轉換，這樣才能達到最佳的探測效果。由于受實際器件工藝、環境溫度、應力、振動等因素的影響，進入兩只PIN管的兩臂光路不能實現一樣的衰減。同時隨環境變化，原來已經平衡的光路也會因為實際器件工藝、環境溫度、應力、振動等因素使得兩臂衰減不一樣，從而使得強度平衡被破壞，這樣會極大地降低探測器的共模抑制比而增加了探測器的噪聲。如果兩臂的強度差異太大，使得探測器的輸出超出額定范圍而損壞，從而整個CVQKD系統也不能正常工作。

為了消除平衡探測器兩臂光路受實際器件工藝、環境溫度、應力、振動等因素帶來的強度不平衡影響，目前采用的平衡方法有：溫控方式、MEMS電控衰減器、基于彎曲光纖原理的自動控制衰減器。由于溫度變化與強度調節之間沒有固定的函數曲線，而且不具有單調性，控制難度較大；此外，控溫所需功耗較大，在為了避免振動而不使用風扇的前提條件下，利用傳導散熱還會導致系統設計的復雜性增加；再者，溫度是一個慢變量，利用控溫無法實現探測器雙臂的快速平衡，因此采取控溫方式實現雙臂平衡的方法難以滿足連續變量量子密鑰分發系統的應用需求。MEMS電控衰減器結構簡單，易于集成，但是MEMS電控衰減器受環境振動、工藝缺陷或灰塵顆粒等要素影響，工作時有概率發生動齒和靜齒咬合或自卡現象，可靠性存在問題。基于彎曲光纖原理的自動控制衰減器采用直線步進電機作為彎曲光纖的推動裝置，具有較高的精度和穩定性，但其體積較大，不便于集成，并且響應速度為秒級，難以實現快速調節。

發明內容

為了克服現有技術的上述缺點，本發明提供了一種實現平衡探測系統自動平衡的裝置及方法，能夠實現由于各類因素造成的平衡探測系統兩臂光強不相等的自動平衡調節，使探測器長期穩定工作在平衡點附近，具有較高的控制精度和較快的響應時間。本發明的裝置結構簡單，體積小，便于集成；并且調節精度高、響應速度較快、穩定性好，可以快速精確地實現自動平衡調節，保證平衡探測器可長期穩定工作。

本發明解決其技術問題所采用的技術方案是：一種實現平衡探測系統自動平衡的裝置，包括依次連接的可調分束比2×2光纖耦合器、平衡放大光電探測電路和信號采集電路，所述信號采集電路依次與信號處理電路、可調分束比2×2光纖耦合器驅動電路和可調分束比2×2光纖耦合器連接。

本發明還提供了一種實現平衡探測系統自動平衡的方法，包括如下步驟：

步驟一、信號光和本振光經可調分束比2×2光纖耦合器干涉，通過耦合器相同長度的尾纖進入平衡放大光電探測電路，經過光電轉換和差模放大后輸出；

步驟二、信號采集電路將采集到的平衡放大光電探測電路的輸出結果發送給信號處理電路；