[實(shí)用新型]一種基于低串?dāng)_少模-多芯光纖的量子與經(jīng)典融合系統(tǒng)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202023338981.0
• 申請日: 2020-12-30
• 公開（公告）號: CN214626981U
• 公開（公告）日: 2021-11-05
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 陳璁;胡敏;郭邦紅
• 申請（專利權(quán)）人: 華南師范大學(xué)
• 主分類號: H04B10/25
• 分類號: H04B10/25;H04B10/29;H04L9/08
• 代理公司: 廣州圣理華知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 44302
• 代理人: 頓海舟;李唐明

本實(shí)用新型公開了一種基于低串?dāng)_少模?多芯光纖的量子與經(jīng)典融合系統(tǒng)和方法，包括發(fā)送端、扇入器件、少模?多芯光纖、扇出器件以及接收端；所述發(fā)送端包括經(jīng)典信號發(fā)送端、量子信號發(fā)送器、同步信號發(fā)送端；所述接收端包括經(jīng)典信號接收端、量子信號接收器和同步信號接收器；本實(shí)用新型通過使用少模?多芯光纖實(shí)現(xiàn)量子信號與經(jīng)典信號共纖傳輸，其中少模?多芯光纖為異質(zhì)溝槽輔助型的環(huán)芯光纖，可以極大地降低不同纖芯、不同模式信號間的串?dāng)_，尤其可以降低經(jīng)典信號對量子信號的干擾，可以將量子信號直接加入現(xiàn)存含有EDFA的經(jīng)典網(wǎng)絡(luò)中，改善了以往量子與經(jīng)典融合網(wǎng)絡(luò)中，由于量子信號無法經(jīng)過EDFA而需另外搭設(shè)線路繞過的情況，節(jié)約了成本。

技術(shù)領(lǐng)域

本實(shí)用新型涉及量子通信網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域，具體涉及一種基于低串?dāng)_少模-多芯光纖的量子與經(jīng)典融合系統(tǒng)。

背景技術(shù)

自1984年首次被提出以來，量子密鑰分發(fā)(Quantum Key Distribution,QKD)技術(shù)在理論和實(shí)踐上均取得了重大突破。在大數(shù)據(jù)的信息時(shí)代，網(wǎng)絡(luò)的安全性是一個(gè)不容忽視的問題。量子保密通信從理論上來講是具有無條件安全性的。但若要單獨(dú)構(gòu)建QKD網(wǎng)絡(luò)所需要的成本高昂，這很大程度上限制了QKD網(wǎng)絡(luò)的實(shí)用性。為了節(jié)省QKD網(wǎng)絡(luò)鋪設(shè)的成本，可以將QKD網(wǎng)絡(luò)與現(xiàn)有的經(jīng)典通信網(wǎng)絡(luò)結(jié)合在一起，使量子信號與經(jīng)典信號共纖傳輸，以降低線路鋪設(shè)和運(yùn)營費(fèi)用，并提高QKD網(wǎng)絡(luò)的可擴(kuò)展性。

隨著互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、5G等業(yè)務(wù)的發(fā)展，人們對于光通信系統(tǒng)的容量需求大大增加。通過應(yīng)用波分復(fù)用、頻分復(fù)用和偏振復(fù)用等技術(shù)，現(xiàn)有的常規(guī)單模光纖的容量已不再滿足不斷增長的容量需求，且正接近其香農(nóng)傳輸極限。為了進(jìn)一步增加光纖的通信容量，最直接的方法即為增加纖芯或模式的空間利用率。在傳統(tǒng)的量子與經(jīng)典融合網(wǎng)絡(luò)中，量子信息與經(jīng)典信息在同一根光纖中傳輸，相互之間有干擾，通過多芯光纖可以將量子信息與經(jīng)典信息分離，并且可以利用多芯光纖的空分復(fù)用實(shí)現(xiàn)多路復(fù)用，提高量子信息效率。目前的空分復(fù)用有兩種方法，第一種方法是通過使用多芯光纖，將多個(gè)獨(dú)立的纖芯合并到一根光纖中。第二種方法是使用少模光纖或多模光纖，利用光纖中多種不同的模式，使光纖的傳輸容量隨著模式數(shù)量的增長而成倍增加。

在量子與經(jīng)典融合網(wǎng)絡(luò)中，由于量子信號處于單光子級別，極易受到經(jīng)典信號帶來的干擾。因此，如何使用恰當(dāng)?shù)姆椒▉斫档徒?jīng)典信號與量子信號間的串?dāng)_，是現(xiàn)在亟需解決的問題。同時(shí)，在長距離傳輸過程中，每40-120公里就需要插入摻鉺光纖放大器(EDFA)將信號功率提升至發(fā)射狀態(tài)，而量子信號無法經(jīng)過EDFA，最簡單的方法是另外搭設(shè)一條線路使量子信號繞過EDFA，而這無疑會增加系統(tǒng)的成本與復(fù)雜度。

“現(xiàn)有技術(shù)專利：(CN210839585U)提出了一種采用異質(zhì)溝槽輔助漸變折射率型FM-MCF 特種光纖，實(shí)現(xiàn)MDM-SDM二維復(fù)用的量子與經(jīng)典融合傳輸系統(tǒng)，解決了融合網(wǎng)絡(luò)的容量瓶頸。但該系統(tǒng)未考慮如何處理量子信息與EDFA之間的關(guān)系問題。本實(shí)用新型提出的一種基于少模-多芯光纖的量子與經(jīng)典融合系統(tǒng)和方法可有效解決這一問題。”

“現(xiàn)有技術(shù)專利：(CN106533565B)提供了一種量子保密通信方法和裝置，利用多芯光纖和中繼設(shè)備實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離量子保密通信。但該系統(tǒng)并未著重考慮芯間串?dāng)_及模間串?dāng)_等共纖同傳系統(tǒng)中量子信道的主要噪聲干擾。本實(shí)用新型所使用的多芯光纖可有效降低芯間串?dāng)_及模間串?dāng)_。”

實(shí)用新型內(nèi)容

本實(shí)用新型的目的是針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提出了一種基于低串?dāng)_少模-多芯光纖的量子與經(jīng)典融合系統(tǒng)和方法，其中少模-多芯光纖為溝槽輔助型的環(huán)芯光纖，可以極大地降低不同纖芯、不同模式信號間的串?dāng)_，尤其可以降低經(jīng)典信號對量子信號的干擾，同時(shí)采用芯區(qū)泵浦的方法，可以將量子信號直接加入現(xiàn)存含有EDFA的經(jīng)典網(wǎng)絡(luò)中。

為了達(dá)到上述目的，本實(shí)用新型提供了如下技術(shù)方案：

一種基于低串?dāng)_少模-多芯光纖的量子與經(jīng)典融合系統(tǒng)，包括依次連接的發(fā)送端、扇入器件、少模-多芯光纖、扇出器件以及接收端；