[發明專利]基于自干涉的兩個獨立激光器之間光頻差的測量方法

有效

• 申請號: 202011317506.7
• 申請日: 2020-11-19
• 公開（公告）號: CN112393809B
• 公開（公告）日: 2021-10-19
• 發明（設計）人: 鄒密;陳騰云;潘建偉
• 申請（專利權）人: 中國科學技術大學
• 主分類號: G01J9/02
• 分類號: G01J9/02
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責任公司 11021
• 代理人: 鄢功軍

一種基于自干涉的兩個獨立激光器之間光頻差的測量方法，包括以下步驟：對第一激光器輸出的連續激光信號進行斬波，生成多個第一光脈沖，以及對第二激光器輸出的連續激光信號進行斬波，生成多個第二光脈沖；對所述第一光脈沖和第二光脈沖分別進行相位調制；使多個所述第一光脈沖中時間間隔Δt的兩個光脈沖在不等臂干涉儀中發生干涉，并利用兩個光探測器對干涉結果進行探測，獲得第一探測結果、第二探測結果；使多個所述第二光脈沖中時間間隔Δt的兩個光脈沖在所述不等臂干涉儀中發生干涉，并利用所述兩個光探測器對干涉結果進行探測，獲得第三探測結果、第四探測結果；計算所述第一激光器與所述第二激光器之間的光頻差Δf。

技術領域

本發明涉及量子通信技術領域，特別涉及一種基于自干涉的兩個獨立激光器之間光頻差的測量方法。

背景技術

通常情況下，兩個獨立的激光器發出的光的頻率是存在差異的。當通信雙方皆為發送方，第三方為接收方時，發送雙方以兩個獨立激光器作為光源，并對產生的光脈沖進行相位編碼，經過編碼后的光脈沖在第三方接收方處干涉并進行測量。此時兩個激光器之間的光頻差就會引起錯誤率的升高。比如在現有的測量設備無關的量子密鑰分發中，發送雙方由于是在異地，所以常使用的光源就是兩個獨立的激光器。若發送方將信息編碼在激光器產生的相鄰兩個脈沖的相位差上，因相鄰兩個脈沖本身有一個確定的相位差且不同激光器產生的相鄰兩個脈沖的相位差不同，這就會導致發送雙方即使編碼的信息相同，各自編碼后的相鄰兩個脈沖的相位差也會不同。雙方所使用的激光器的光頻差越大，相鄰兩個脈沖的時間間隔越大，相同編碼后的結果差異也就越大，接收方公布測量結果后發送雙方估計的錯誤率也就越大。若發送方將信息編碼在激光器產生的每個脈沖上，因光頻差的存在，隨著時間的推移，雙方所編碼的相位差異也會越來越大。這時候就需要將因光頻差引起的相位差的差異進行補償，或者至少能夠將光頻差測量出來。

在激光器發出的光是連續光的情況下，只需對兩束連續光的干涉結果進行采樣，然后利用離散傅里葉變換即可求得兩束連續光的光頻差。若將連續光斬波得到光脈沖，在光脈沖較強的情況下，可以利用零差探測等方式得到兩個激光器發出的每對光脈沖的相位差，根據該相位差的變化求得兩個激光器的光頻差。然而在離散變量的量子密鑰分發中，發出的光脈沖的光強一般在單光子水平，且使用的探測方式也是單光子探測，零差探測就無法適用于這種情況。這樣就對在弱光情況下測量兩個獨立激光器光頻差的方法提出了需求。

發明內容

有鑒于此，本發明的主要目的在于提供一種基于自干涉的兩個獨立激光器之間光頻差的測量方法，以期部分地解決上述技術問題中的至少之一。

為了實現上述目的，作為本發明的一方面，提供了一種基于自干涉的兩個獨立激光器之間光頻差的測量方法，包括以下步驟：

對第一激光器輸出的連續激光信號進行斬波，生成多個第一光脈沖，以及對第二激光器輸出的連續激光信號進行斬波，生成多個第二光脈沖；

對所述第一光脈沖和第二光脈沖分別進行相位調制，其中，在第[4(j-i)(i-1)+1]個至[4(j-i)(i-1)+3(j-i)]個脈沖上調制的相位為0，在第[4(j-i)(i-1)+3(j-i)+1]個至[4(j-i)i]個脈沖上調制的相位為π/2，所述第j個脈沖和第i個脈沖的時間間隔為Δt，j＞i＞0；

使多個所述第一光脈沖中時間間隔Δt的兩個光脈沖在不等臂干涉儀中發生干涉，并利用兩個光探測器對干涉結果進行探測，若兩個脈沖之間所調制的相位差為0，則獲得第一探測結果；若兩個脈沖所調制的相位差為π/2或-π/2，則獲得第二探測結果；

使多個所述第二光脈沖中時間間隔Δt的兩個光脈沖在所述不等臂干涉儀中發生干涉，并利用所述兩個光探測器對干涉結果進行探測，若兩個脈沖之間所調制的相位差為0，則獲得第三探測結果；若兩個脈沖所調制的相位差為π/2或-π/2，則獲得第四探測結果；

根據所述第一探測結果、所述第二探測結果、所述第三探測結果、所述第四探測結果和所述時間間隔Δt，計算所述第一激光器與所述第二激光器之間的光頻差Δf。