[發(fā)明專利]一種自適應(yīng)多波段水下無線量子密鑰分發(fā)系統(tǒng)及方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010723658.0
• 申請日: 2020-07-24
• 公開（公告）號: CN111726229A
• 公開（公告）日: 2020-09-29
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 錢添;于永河;李文東;韓鑫紅;張新建;顧永建
• 申請（專利權(quán)）人: 中國海洋大學(xué)
• 主分類號: H04L9/08
• 分類號: H04L9/08;H04B10/70;H04B10/50;H04B10/60
• 代理公司: 北京科家知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11427
• 代理人: 宮建華

1.一種自適應(yīng)多波段水下無線量子密鑰分發(fā)系統(tǒng)，其特征在于，所述分發(fā)系統(tǒng)包括：發(fā)射端、接收端；在基于BB84通信協(xié)議的基礎(chǔ)上，所述發(fā)射端和接收端雙端實時交互，且根據(jù)信道實時變化引起量子誤碼率QBER的變化情況，經(jīng)由可調(diào)光學(xué)模組生成不同波長的量子光信號和經(jīng)典光信號進行水下無線量子密鑰分發(fā)和水下無線經(jīng)典光通信。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的自適應(yīng)多波段水下無線量子密鑰分發(fā)系統(tǒng)，其特征在于：所述發(fā)射端包括發(fā)射端量子通信模塊(1)、發(fā)射端經(jīng)典通信模塊(2)、發(fā)射端控制處理模塊(3)；所述發(fā)射端量子通信模塊(1)與所述發(fā)射端控制處理模塊(3)相連接，所述發(fā)射端經(jīng)典通信模塊(2)與所述發(fā)射端控制處理模塊(3)相連接。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的自適應(yīng)多波段水下無線量子密鑰分發(fā)系統(tǒng)，其特征在于：所述接收端包括接收端量子通信模塊(11)、接收端經(jīng)典通信模塊(22)、接收端控制處理模塊(33)；所述接收端量子通信模塊(11)與所述接收端控制處理模塊(33)相連接，所述接收端經(jīng)典通信模塊(22)與所述接收端控制處理模塊(33)相連接。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的自適應(yīng)多波段水下無線量子密鑰分發(fā)系統(tǒng)，其特征在于，量子誤碼率QBER的計算公式如下：

式中，P表示偏振器件的偏振比，A是探測器的接收面積(若存在望遠(yuǎn)鏡即望遠(yuǎn)鏡的接收面積)，ldc表示探測器的暗計數(shù)，L表示環(huán)境光輻照度譜密度，Δt′表示單光子探測器的開門時間，Δt表示比特周期，Ω是視場角的立體角，h是普朗克常數(shù)，c是光速，η是探測器效率，χ_c是衰減系數(shù)，r是傳輸距離，λ是信號光波長，Δλ是光譜寬度，μ是發(fā)射端發(fā)射的平均脈沖光子數(shù)。

5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的自適應(yīng)多波段水下無線量子密鑰分發(fā)系統(tǒng)，其特征在于：所述發(fā)射端量子通信模塊(1)包括激光模組(101)和光學(xué)模組(102)，所述激光模組(101)包括第一激光器組，所述激光模組(101)包括四臺白光激光器，所述光學(xué)模組(102)包括第一固定光學(xué)模組和第一可調(diào)光學(xué)模組，所述發(fā)射端經(jīng)典通信模塊(2)包括第二激光器、光學(xué)模組和第一探測器APD，所述光學(xué)模組包括第二固定光學(xué)模組和第二可調(diào)光學(xué)模組，所述發(fā)射端控制處理模塊(3)控制所述第一激光器組、第二激光器、第一可調(diào)光學(xué)模組、第二可調(diào)光學(xué)模組和第一探測器APD。

6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的自適應(yīng)多波段水下無線量子密鑰分發(fā)系統(tǒng)，其特征在于：所述接收端量子通信模塊(11)包括探測器組(111)和光學(xué)模組(112)，所述探測器組(111)包括四臺光電倍增管PMT，所述光學(xué)模組(112)包括第三固定光學(xué)模組和第三可調(diào)光學(xué)模組，所述接收端經(jīng)典通信模塊(22)包括第三激光器、第二探測器APD和光學(xué)模組，所述光學(xué)模組包括第四固定光學(xué)模組和第四可調(diào)光學(xué)模組，所述接收端控制處理模塊(33)控制所述探測器組(111)、第三激光器、第三可調(diào)光學(xué)模組和第四可調(diào)光學(xué)模組和第二探測器APD。

7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的自適應(yīng)多波段水下無線量子密鑰分發(fā)系統(tǒng)，其特征在于：所述發(fā)射端量子通信模塊(1)的第一可調(diào)光學(xué)模組和發(fā)射端經(jīng)典通信模塊(2)的第二可調(diào)光學(xué)模組上均有6-20個光學(xué)開孔，優(yōu)選8-15個，更優(yōu)選為8個，第一可調(diào)光學(xué)模組的每個開孔內(nèi)安裝有不同波長的窄帶濾光片和不同衰減系數(shù)的衰減片，第二可調(diào)光學(xué)模組的每個開孔內(nèi)僅安裝有不同波長的窄帶濾光片，所述第一可調(diào)光學(xué)模組通過旋轉(zhuǎn)輸出所需波長的量子信號光，所述第二可調(diào)光學(xué)模組通過旋轉(zhuǎn)發(fā)射和接收所需波長的經(jīng)典信號光。

8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的自適應(yīng)多波段水下無線量子密鑰分發(fā)系統(tǒng)，其特征在于：所述接接收端經(jīng)典通信模塊(22)中的第三可調(diào)光學(xué)模組和收端量子通信模塊(11)中的第四可調(diào)光學(xué)模組上有6-20個光學(xué)開孔，優(yōu)選8-15個，更優(yōu)選為8個，第三可調(diào)光學(xué)模組和第四可調(diào)光學(xué)模組的每個開孔內(nèi)均僅安裝有不同波長的窄帶濾光片，所述第三可調(diào)光學(xué)模組通過旋轉(zhuǎn)接收特定波長的量子信號光，所述第四可調(diào)光學(xué)模組通過旋轉(zhuǎn)接收和發(fā)射特定波長的經(jīng)典信號光。