专利名称：一种电可调光衰减器的控制方法及光衰减系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及光设备技术领域，尤其涉及一种电可调光衰减器的控制方法及光衰减系统，用于量子密钥分发系统中发射端。
背景技术：
光衰减器是广泛用于光网络中的一种光无源器件，用于对光功率进行一定量的衰减，可分为固定光衰减器和可调光衰减器，前者主要用于调节光线路功率，后者主要用于光功率过高的光线通信线路产生固定衰减。其中可调光衰减器按照调节方式的不同可分为机械式可调光衰减器和电可调光衰减器(Elactrical Variabal Optical Attenuator, EV0A)，而电可调光衰减器按照所采用驱动信号的不同又可分为电压控制式光衰减器和电流控制式光衰减器。量子密码学是在量子力学理论基础上发展而来的一种新的数据加密技术。不同于传统的基于数学理论的密码技术，量子密码加密的数据不会被任意撷取或被插入另一段具有恶意的数据，因此量子密码是理论上最为安全的数据加密技术。量子密码学体系包含了量子密钥分发、量子存储和中继、量子身份认证、入侵检测、量子编码、量子密码共享、量子安全协议、量子密码分析、量子信息论、以及量子密码和经典密码的结合等研究方向。其中量子密钥分配是量子密码体系的核心，随着研究的深入，逐渐将量子中继、入侵检测等内容也纳入了量子密钥分配的研究内容。因此也有研究者将量子密钥分发直接代指狭义的量子密码。由于在量子密钥分发系统中发射端里EVOA的衰减值在标定好后每次加电压其衰减再现性较差，而衰减值的变化会导致安全密钥量的减少，是整个系统通信安全的重大隐患。为解决这个问题，现有量子密钥分发系统中发射端里EVOA通常会增加自动控制部分，从而使EVOA的衰减值能够保持在可接受的变化幅度内。目前已公开的EVOA衰减自动控制系统方案中一般都是使用步进驱动，此种方式衰减精度不高，而且系统响应时间过慢， 大约为Is左右，此外系统衰减的动态范围过窄。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于克服现有量子密钥分发系统中发射端里EVOA的衰减值在标定好后每次加电压其衰减都会有所变化从而导致通信安全系数下降的关键性难题，提供一种电可调光衰减器的控制方法及光衰减系统，可提高量子密钥分发系统中发射端内光衰减的系统精度及响应时间。本发明的电可调光衰减器的控制方法包括
步骤1、通过分别与电可调光衰减器的光输入端口、光输出端口连接的分束器分别将输入光和输出光分出一定比例；
步骤2、检测分出的输入光、输出光的强度；
步骤3、根据检测得到的分出的输入光、输出光的强度，以及输入光、输出光分出的比例计算电可调光衰减器的实际衰减值；步骤4、根据计算得到的实际衰减值与预先设定的标准衰减值的差值，对电可调光衰减器进行控制。进一步地，所述对电可调光衰减器进行控制是以实际衰减值与预先设定的标准衰减值的差值作为输入，通过PID控制器进行控制。本发明的光衰减系统，包括电可调光衰减器，所述电可调光衰减器包含光输入端口、光输出端口和控制端口，所述光衰减系统还包括输入光分束器、输出光分束器、控制装置、光衰减器驱动电路及至少一个光强检测装置；所述输入光分束器的输入端与输入光路连接，两个输出端分别与电可调光衰减器的输入端口、光强检测装置的输入端连接；所述输出光分束器的输入端与电可调光衰减器的输出端口连接，两个输出端分别与光强检测装置的输入端、输出光路连接；所述控制装置的输入端与光强检测装置的输出端连接，输出端与光衰减器驱动电路的输入端连接；光衰减器的输出端与电可调光衰减器的控制端口连接并根据控制装置传送的控制信号驱动电可调光衰减器对光的衰减量进行调节。优选地，所述电可调光衰减器为电压控制式光衰减器。优选地，所述控制装置为PID控制器。本发明解决了量子密钥分发系统中发射端里EVOA的衰减值在标定好后每次加电压其衰减都会有所变化的关键性难题，并根据输入光与输出光计算得到的实际衰减值和标准衰减值进行比对，通过PID控制器对电可调光衰减器进行实时调节，提高了整个系统的控制精度、响应速度。
图1为本发明的光衰减系统的结构示意图2为本发明的光衰减系统的工作原理示意图。
具体实施例方式下面结合附图对本发明的技术方案进行详细说明
本发明的光衰减系统，如附图1所示，包括电可调光衰减器、输入光分束器、输出光分束器、控制装置、光衰减器驱动电路及至少一个光强检测装置；所述输入光分束器的输入端与输入光路连接，两个输出端分别与电可调光衰减器的输入端口、光强检测装置的输入端连接；所述输出光分束器的输入端与电可调光衰减器的输出端口连接，两个输出端分别与光强检测装置的输入端、输出光路连接；所述控制装置的输入端与光强检测装置的输出端连接，输出端与光衰减器驱动电路的输入端连接；光衰减器驱动电路的输出端与电可调光衰减器的控制端口连接并根据控制装置传送的控制信号驱动电可调光衰减器对光的衰减量进行调节。本具体实施方式
中，所述控制装置采用PID控制器，光衰减器采用电压控制式光衰减器。在量子密钥分发系统中由于整个系统频率很高，所以衰减器的调整时间如果过长将会很显著的降低密钥产生量，而电压控制式光衰减器的响应时间在微秒量级，所以很适合量子密钥分发系统。本发明是使用PID算法对电压控制式光衰减器进行控制的，PID算法是很成熟的算法，可靠性好而且算法简单，所以MCU处理的时间也会加快。此外为了简化 PID算法，系统中只用了比例算法，而且对各个衰减值的比例系数都做了不同的设定，这样既可以满足简化算法减少MCU处理时间，也可以提高系统的响应速度。由于现有光强检测装置通常具有多路输入和输出，因此，本具体实施方式
中，采用一个具有多路输入、输出的光强检测装置，输入端分束器和输出端分束器分出的光可同时使用该光强检测装置，当然， 也可以各使用一个光强检测装置。该装置先通过光电转换将光信号转换为电信号，再进入放大滤波进入高速模拟数字转换器转换为数字信号，经过MCU处理后使用高速数字模拟转换器对EVOA的衰减电压进行控制。本发明的光衰减系统的工作原理如图2所示，具体工作过程如下
A、在EVOA光输入端加进输入光分束器，其分光比例为10:90，将10%的光源引入光强检测装置，用于监测输入光源；另外90%的光源则引入EVOA的输入端；在EVOA光输出端加进输出光分束器，其分光比例为1 :99，将99%的光源引入光强检测装置，用于监测输出光源，另外1%的光源则作为EVOA的输出光；此处的分光比例仅为一个例子，具体应用中可根据实际情况确定分光比例；
B、光强检测装置分别对输入光分束器和输出光分束器引入的光源进行检测，其检测原理是使用光电二极管将光信号转换为电流信号，再通过电流转电压电路转换为电压信号；
C、将前级输出的电压信号进行两次放大，之后输出电压信号经过抗混叠滤波器，最后通过MCU的12bit高速模拟数字转换器转换为数字信号，此数字信号表征了输入光源的强度。其中，第二次放大的倍数是通过MCU来控制的，其原理是通过模拟开关来进行多量程之间的切换，而何时切换是根据此时数字模拟转换器转换的数值是否过大或过小，如果过大或过小就会切换至低量程或高量程，直至转换的数值为一个合理的值；
D、由于输入光与输出光是按比例引至监控系统，并且分束器的比例本身也是有误差的，以及还有光纤的插入损耗，所以要对模/数转换器转换的数值进行修正还原出真实的输入和输出光强，而其比值就为系统实际衰减的值；
E、系统实际衰减值与标准衰减值做差值，对差值使用PID算法，将经过计算后的值使用串行总线接口传给驱动电路中的数字模拟转换器转换为模拟信号；其中标准衰减值可以是预先设定，也可以通过通信接口进行输入和修改；
F、驱动电路中的放大器对模拟信号进行放大，并加一级驱动来驱动EVOA的输出。这样即实现了对EVOA的衰减量进行实时监测和调节。本发明的光衰减系统对于输入光强为Iw至IOw的光源，其衰减的范围在 25dB至50dB，即衰减动态范围为25dB，精度控制在1%，响应时间在IOOms以内。完全可满足量子密钥分发系统的使用要求。
权利要求
1.一种电可调光衰减器的控制方法，其特征在于，该方法包括步骤1、通过分别与电可调光衰减器的光输入端口、光输出端口连接的分束器分别将输入光和输出光分出一定比例；步骤2、检测分出的输入光、输出光的强度；步骤3、根据检测得到的分出的输入光、输出光的强度，以及输入光、输出光分出的比例计算电可调光衰减器的实际衰减值；步骤4、根据计算得到的实际衰减值与预先设定的标准衰减值的差值，对电可调光衰减器进行控制。
2.如权利要求1所述电可调光衰减器的控制方法，其特征在于，所述对电可调光衰减器进行控制是以实际衰减值与预先设定的标准衰减值的差值作为输入，通过PID控制器进行控制。
3.一种光衰减系统，包括电可调光衰减器，所述电可调光衰减器包含光输入端口、光输出端口和控制端口，其特征在于，所述光衰减系统还包括输入光分束器、输出光分束器、控制装置、光衰减器驱动电路及至少一个光强检测装置；所述输入光分束器的输入端与输入光路连接，两个输出端分别与电可调光衰减器的输入端口、光强检测装置的输入端连接；所述输出光分束器的输入端与电可调光衰减器的输出端口连接，两个输出端分别与光强检测装置的输入端、输出光路连接；所述控制装置的输入端与光强检测装置的输出端连接，输出端与光衰减器驱动电路的输入端连接；光衰减器驱动电路的输出端与电可调光衰减器的控制端口连接并根据控制装置传送的控制信号驱动电可调光衰减器对光的衰减量进行调节。
4.如权利要求3所述光衰减系统，其特征在于，所述电可调光衰减器为电压控制式光衰减器。
5.如权利要求3所述光衰减系统，其特征在于，所述控制装置为PID控制器。
6.如权利要求3所述光衰减系统，其特征在于，所述输入光分束器分至光强检测装置和分至电可调光衰减器的输入端口的光的比例为10 90 ；所述输出光分束器分至光强检测装置和分至输出光路的光的比例为99 :1。
全文摘要
本发明公开了一种电可调光衰减器的控制方法，属于光设备技术领域。该方法包括步骤1、通过分别与电可调光衰减器的光输入端口、光输出端口连接的分束器分别将输入光和输出光分出一定比例；步骤2、检测分出的输入光、输出光的强度；步骤3、根据检测得到的分出的输入光、输出光的强度，以及输入光、输出光分出的比例计算电可调光衰减器的实际衰减值；步骤4、根据计算得到的实际衰减值与预先设定的标准衰减值的差值，对电可调光衰减器进行控制。本发明还公开了一种光衰减系统。本发明具有控制精度高、响应速度快的优点，特别适用于量子密钥分发系统中发射端。
文档编号H04L9/08GK102223181SQ20111016174
公开日2011年10月19日 申请日期2011年6月16日 优先权日2011年6月16日
发明者郝鹏磊, 郭俊福, 陈巍 申请人:安徽问天量子科技股份有限公司