双工量子密钥分发系统的制作方法

本实用新型涉及量子保密通信领域，特别是提供了一种双工量子密钥分发系统。

背景技术：

双工量子密钥分发(Quantum Key Distribution，QKD)系统，即每个QKD系统中均包含一个发送方Alice和一个接收方Bob，一对设备可以同时运行两条QKD链路，示意如图1所示。

QKD系统中的一项关键技术就是系统发送方(Alice)和系统接收方(Bob)的信息同步。只有接收方探测到的光子脉冲与发送方发出的光子脉冲同步上，系统双方才能提取出安全一致的量子密钥。

现有技术中，双工系统的每条链路使用独自的同步光来进行同步。考虑规模化应用，每台QKD装置的设计是一致的，即配对工作的两台设备是完全相同的。所以，两条链路上的同步光的各个参数(波长、频率等)也是相同的，并且在同一根光纤中传输。由于实际光纤链路环境不理想，存在光纤端面反射现象。例如，当QKD链路1启动后，该链路的Alice发出的同步光可能存在反射现象，其反射光进入链路2的Bob，从而会导致链路2中的同步信号误甄别；这样当链路2启动后，链路2的Alice发出的同步光会受到干扰，导致该链路不能正常运行。

如图2所示，现有申请号为201410472681.1的专利《一种量子密钥分发系统的同步方法及装置》中为了解决同步光反射的问题，采取双工QKD设备中配置两个波长不同的同步光激光器，双工QKD运行时，两条链路分别使用其中的一种波长的同步光。

在本领域当中，有定义为“双向QKD系统”，这指的是QKD的实现方式上，信号光从第一QKD端被发送给第二QKD端，随后沿原光路返回第一QKD端。一般来说，从第一QKD端发给第二QKD端的信号光较强，平均每个脉冲几百或几千个光子，并在返回给第一QKD端之前，在第二QKD端被衰减到单光子量级(平均每个脉冲一个光子或者更少)。系统的光纤链路上只有一条QKD链路，是一个双向(two-way)、单工的过程。

对比文献如MAGIQ技术公司的《具有后向散射抑制的双向QKD系统》(申请号为200580025415.3)，其第一QKD站具有以不同的波长发光的激光源，和多个单光子探测器(SPD)单元。在双向QKD系统中，后向散射光一般由较强的输出信号光在连接第一和第二QKD站的光纤链路中产生。为了减少或避免后向散射光干扰从第二QKD站返回第一QKD站的信号光的探测，该专利在顺序激活第一QKD站中SPD单元中的各对SPD的时候，顺序激活不同的光源。该专利所要解决的是双向QKD系统中信号光的探测易受后向散射光干扰的问题，且其对相关控制系统的要求较高，需要根据实际光纤链路的长度，计算信号光的预期到达时间，在预期到达时间进行不同的光源、SPD单元的激活控制，控制精度要求高，并且该顺序激活的过程持续进行。

本提案中的“双工QKD系统”与上述“双向QKD系统”不同。按照上述定义，“双向QKD系统”为“双向(two-way)、单工”，“双工QKD系统”则是“单向(one-way)、双工”，为可以“全双工”工作的系统，双工系统的每一端均包含了Alice和Bob，可以同时建立两条QKD链路。

现有技术中，双工系统的每条链路使用独自的同步光来进行同步，这会导致同步光反射问题的出现。另外，现有的一技术方案，虽然能解决该问题，但是两条链路还是使用独自同步光的方案，并且该方案对系统研制成本增加较大。

技术实现要素：

本实用新型所要解决的技术问题在于提供了一种能解决同步光反射问题的方案，使两条QKD链路均可以正常运行的双工量子密钥分发系统。

本实用新型是通过以下技术方案解决上述技术问题的：一种双工量子密钥分发系统，配对的两台QKD装置使用一路同步光，其中第一台QKD装置的发送端产生的同步光输出给第二台QKD装置的接收端，且第一台QKD装置的发送端产生的同步光同时发送到第一台QKD装置的接收端，第二台QKD装置的接收端接收到的同步信号传送给第二台QKD装置的发送端。

作为具体的第一种技术方案，配对的两台QKD装置结构相同，每台QKD装置的同步光产生和接收装置包括晶振、发送端锁相环、同步光激光器、光分束器、可调光衰减器、环形器、光开关、PIN管、接收端锁相环；

其中晶振连接到发送端锁相环，发送端锁相环的输出端连接同步光激光器，同步光激光器的输出端连接到光分束器的输入端，光分束器的分光比例为N:1，光分束器比例为N的一端通过可调光衰减器连接环形器端口1，环形器端口2是同步光的输入/输出端口，光分束器比例为1的一端连接光开关的端口1，环形器端口3连接光开关的端口2，光开关的输出端通过PIN管连接接收端锁相环，接收端锁相环与发送端锁相环连接。

该实施方案中，其同步方法如下：

第一台QKD装置的发送端和第二台QKD装置的接收端配对成QKD链路1，第二台QKD装置的发送端和第一台QKD装置的接收端配对成QKD链路2；

发送同步光的链路，同步光路线：首先将本地晶振输出的信号接入第一台QKD装置中发送端的锁相环，经由锁相环后，产生同步光驱动信号，锁相环输出的同步光驱动信号，作用于同步光激光器，同步光激光器输出的同步光经过光分束器比例为N的一端，再经过可调光衰减器，进入环形器端口1，从环形器端口2输出，经过光纤传输，到达第二台QKD装置中环形器的端口2，从环形器的端口3输出，进入光开关的端口2，再经过PIN管，转换成电信号后送给接收端的锁相环，完成QKD链路1的第一台QKD装置的发送端和第二台QKD装置的接收端的同步；

另一链路的同步光路线：第二台QKD装置中发送端的锁相环以该第二台QKD装置中接收端的锁相环输出作为驱动信号，使得发送端的锁相环所输入的同步信号能够与接收端的锁相环所输出的同步信号同源，该第二台QKD装置的发送端不另外产生同步光，第一台QKD装置的光分束器比例为1的输出端，连接光开关的端口1，光开关输出的同步光信号进入PIN管进行光电转换，得到同步电信号送给接收端的锁相环，完成QKD链路2的第二台QKD装置的发送端和第一台QKD装置的接收端的同步。

作为具体的第二种技术方案，配对的两台QKD装置结构不同，配对的第一台QKD装置的同步光产生装置包括晶振、发送端锁相环、同步光激光器、光分束器、可调光衰减器、环形器、光开关、PIN管、接收端锁相环，其中晶振连接到发送端锁相环，发送端锁相环的输出端连接同步光激光器，同步光激光器产生同步光进入光分束器，光分束器将同步光按照N:1的分光比例分光，同步光激光器输出的同步光经过光分束器比例为N的一端，再经过可调光衰减器进入环形器端口1，环形器端口2是同步光的输出端口，同步光激光器输出的同步光经过光分束器比例为1的一端连接光开关的端口1，光开关的输出端通过PIN管连接接收端锁相环；

配对的第二台QKD装置的同步光接收装置包括晶振、发送端锁相环、环形器、光开关、PIN管、接收端锁相环，其中晶振连接到发送端锁相环，环形器端口2是同步光的输入端口，环形器端口3连接光开关的端口2，光开关的输出端通过PIN管连接接收端锁相环，接收端锁相环与发送端锁相环连接。

该实施方案中，其同步方法如下：

第一台QKD装置的发送端和第二台QKD装置的接收端配对成QKD链路1，第二台QKD装置的发送端和第一台QKD装置的接收端配对成QKD链路2；

发送同步光的链路，同步光路线：首先将本地晶振输出的信号接入第一台QKD装置中发送端的锁相环，经由锁相环后，产生同步光驱动信号，锁相环输出的同步光驱动信号，作用于同步光激光器，同步光激光器输出的同步光经过光分束器比例为N的一端，再经过可调光衰减器，进入环形器端口1，从环形器端口2输出，经过光纤传输，到达第二台QKD装置中环形器的端口2，从环形器的端口3输出，进入光开关的端口2，再经过PIN管，转换成电信号后送给接收端的锁相环，完成QKD链路1的第一台QKD装置的发送端和第二台QKD装置的接收端的同步；

另一链路的同步光路线：第二台QKD装置中发送端的锁相环以该第二台QKD装置中接收端的锁相环输出作为驱动信号，使得发送端锁相环所输入的同步信号能够与接收端的锁相环所输出的同步信号同源，但是该第二台QKD装置的发送端不另外产生同步光，第一台QKD装置的光分束器比例为1的输出端，连接光开关的端口1，光开关输出的同步光信号进入PIN管进行光电转换，得到同步电信号送给接收端的锁相环，从而完成QKD链路2的第二台QKD装置的发送端和第一台QKD装置的接收端的同步。

作为具体的第三种技术方案，配对的两台QKD装置结构不同，第一台QKD装置为完整QKD装置，第二台QKD装置为最简同步光接收QKD装置；

完整QKD装置的同步光产生和接收装置包括晶振、发送端锁相环、同步光激光器、光分束器、可调光衰减器、环形器、光开关、PIN管、接收端锁相环，其中晶振连接到发送端锁相环，发送端锁相环的输出端连接同步光激光器，同步光激光器的输出端连接到光分束器的输入端，光分束器的分光比例为N:1，光分束器比例为N的一端通过可调光衰减器连接环形器端口1，环形器端口2是同步光的输入/输出端口，光分束器比例为1的一端连接光开关的端口1，环形器端口3连接光开关的端口2，光开关的输出端通过PIN管连接接收端锁相环，接收端锁相环与发送端锁相环连接；

最简同步光接收QKD装置的同步光接收装置包括晶振、发送端锁相环、环形器、光开关、PIN管、接收端锁相环，其中晶振连接到发送端锁相环，环形器端口2是同步光的输入端口，环形器端口3连接光开关的端口2，光开关的输出端通过PIN管连接接收端锁相环，接收端锁相环与发送端锁相环连接。

该技术方案中，完整QKD装置的发送端和最简同步光接收QKD装置的接收端配对成QKD链路1，最简同步光接收QKD装置的发送端和完整QKD装置的接收端配对成QKD链路2；

发送同步光的链路，同步光路线：首先将本地晶振输出的信号接入完整QKD装置中发送端的锁相环，经由锁相环后，产生同步光驱动信号，锁相环输出的同步光驱动信号，作用于同步光激光器，同步光激光器输出的同步光经过光分束器比例为N的一端，再经过可调光衰减器，进入环形器端口1，从环形器端口2输出，经过光纤传输，到达最简同步光接收QKD装置中环形器的端口2，从环形器的端口3输出，进入光开关的端口2，再经过PIN管，转换成电信号后送给接收端的锁相环，完成QKD链路1的完整QKD装置的发送端和最简同步光接收QKD装置的接收端的同步；

另一链路的同步光路线：最简同步光接收QKD装置中发送端的锁相环以该最简同步光接收QKD装置接收端的锁相环输出作为驱动信号，使得发送端的锁相环所输入的同步信号能够与接收端的锁相环所输出的同步信号同源，但是该最简同步光接收QKD装置的发送端不另外产生同步光，完整QKD装置的光分束器BS比例为1的输出端，连接光开关的端口1，光开关输出的同步光信号进入PIN管进行光电转换，得到同步电信号送给接收端的锁相环，完成QKD链路2的最简同步光接收QKD装置的发送端和完整QKD装置的接收端的同步。

作为具体的第四种技术方案，配对的第一台QKD装置采用最简同步光发送QKD装置，第二台QKD装置采用完整QKD装置；

最简同步光发送QKD装置的同步光产生装置包括晶振、发送端锁相环、同步光激光器、光分束器、可调光衰减器、环形器、光开关、PIN管、接收端锁相环，其中晶振连接到发送端锁相环，发送端锁相环的输出端连接同步光激光器，同步光激光器产生同步光进入光分束器，光分束器将同步光按照N:1的分光比例分光，同步光激光器输出的同步光经过光分束器比例为N的一端，再经过可调光衰减器进入环形器端口1，环形器端口2是同步光的输出端口，同步光激光器输出的同步光经过光分束器比例为1的一端连接光开关的端口1，光开关的输出端通过PIN管连接接收端锁相环；

完整QKD装置的同步光产生和接收装置包括晶振、发送端锁相环、同步光激光器、光分束器、可调光衰减器、环形器、光开关、PIN管、接收端锁相环，其中晶振连接到发送端锁相环，发送端锁相环的输出端连接同步光激光器，同步光激光器的输出端连接到光分束器的输入端，光分束器的分光比例为N:1，光分束器比例为N的一端通过可调光衰减器连接环形器端口1，环形器端口2是同步光的输入/输出端口，光分束器比例为1的一端连接光开关的端口1，环形器端口3连接光开关的端口2，光开关的输出端通过PIN管连接接收端锁相环，接收端锁相环与发送端锁相环连接。

该技术方案中，最简同步光发送QKD装置的发送端和完整QKD装置的接收端配对成QKD链路1，完整QKD装置的发送端和最简同步光发送QKD装置的接收端配对成QKD链路2；

发送同步光的链路，同步光路线：首先将本地晶振输出的信号接入最简同步光发送QKD装置中发送端的锁相环，经由锁相环后，产生同步光驱动信号，锁相环输出的同步光驱动信号，作用于同步光激光器，同步光激光器输出的同步光经过光分束器比例为N的一端，再经过可调光衰减器，进入环形器端口1，从环形器端口2输出，经过光纤传输，到达完整QKD装置中环形器的端口2，从环形器的端口3输出，进入光开关的端口2，再经过PIN管，转换成电信号后送给接收端的锁相环，完成QKD链路1的最简同步光发送QKD装置的发送端和完整QKD装置的接收端的同步；

另一链路的同步光路线：完整QKD装置中发送端的锁相环以该完整QKD装置接收端的锁相环输出作为驱动信号，使得发送端的锁相环所输入的同步信号能够与接收端的锁相环所输出的同步信号同源，但是该完整QKD装置的发送端不另外产生同步光，最简同步光发送QKD装置的光分束器BS比例为1的输出端，连接光开关的端口1，光开关输出的同步光信号进入PIN管进行光电转换，得到同步电信号送给接收端的锁相环，完成QKD链路2的完整QKD装置的发送端和最简同步光发送QKD装置的接收端的同步。

上述任一种技术方案中，配对工作的两台QKD装置接收上层控制系统控制，控制系统分别连接到配对工作的两台QKD装置，配置由哪台QKD装置的发送端发送同步光，则同时将该发送同步光的QKD装置中的光开关设置为端口1选通，同时另外一台QKD装置中光开关设置为端口2选通。

本实用新型相比现有技术具有以下优点：

1.本申请通过常用光学器件之间的连接构成光路，实现用一路同步光进行双工QKD，具有简便易行的特点。

2.通过光分束器件、光环形器和光开关等器件构建光路连接，实现用一路同步光进行双工QKD，可以解决现有双工QKD系统的每条链路使用独自的同步光进行同步带来的同步光反射，导致QKD系统不能全双工运行的问题。

3.通过光分束器件、光环形器和光开关等器件构建光路连接，实现用一路同步光进行双工QKD，相对于现有技术中配置两个波长不同的同步光激光器的方案，系统研制成本较少，并且不需要增加另外一个波长的信道。

4.无需改动原有的双工QKD系统中的激光器、探测器及电子学板卡，通过使用无源光器件对光路进行升级改造，即可实现用一路同步光进行双工QKD。

附图说明

图1是双工QKD系统示意图；

图2是现有技术的同步方案图；

图3是本实用新型实施例一的单台QKD装置方案图；

图4是本实用新型实施例一的两条QKD链路使用一路同步光进行同步的方案图；

图5是本实用新型实施例一的双工QKD系统接收控制系统控制示意图；

图6是本实用新型实施例二的双工QKD系统-L的方案图；

图7是本实用新型实施例二的双工QKD系统-R的方案图；

图8是本实用新型实施例二的双工QKD系统接收控制系统控制示意图。

具体实施方式

下面对本实用新型的实施例作详细说明，本实施例在以本实用新型技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本实用新型的保护范围不限于下述的实施例。

本实用新型提供一种双工量子密钥分发系统，配对的两台QKD装置使用一路同步光，每台QKD装置包含一个发送端Alice和一个接收端Bob。其中第一台QKD装置的发送端产生的同步光输出给第二台QKD装置的接收端，且第一台QKD装置的发送端产生的同步光同时发送到第一台QKD装置的接收端，第二台QKD装置的接收端接收到的同步信号传送给第二台QKD装置的发送端。

实施例一

如图3所示，本实施例中，该双工QKD系统中，配对的两台QKD装置结构相同，每台QKD装置的同步光产生和接收装置包括晶振(Oscillator，OSC)、发送端锁相环(Phase Locked Loop，PLL)、同步光激光器(LD，Laser Diode)、光分束器BS(Beam Splitter)、可调光衰减器、环形器、光开关OSW(Optical Switch)、PIN管、接收端锁相环。

其中晶振连接到发送端锁相环，发送端锁相环的输出端连接同步光激光器，同步光激光器的输出端连接到光分束器的输入端，光分束器的分光比例为N:1，光分束器比例为N的一端通过可调光衰减器连接环形器端口1，环形器端口2是同步光的输入/输出端口，光分束器比例为1的一端连接光开关的端口1，环形器端口3连接光开关的端口2，光开关的输出端通过PIN管连接接收端锁相环。接收端锁相环与发送端锁相环连接。

QKD系统是以晶振产生的时钟来驱动的。锁相环利用外部输入的时钟参考信号控制环路内部振荡信号的频率和相位，可以实现输出信号频率对输入信号频率的自动跟踪，即可以根据输入端频率的时钟信号产生不同频率的时钟信号输出。

本技术方案中，首先将本地晶振输出的信号接入锁相环，经由锁相环后，产生信号光驱动信号和同步光驱动信号。信号光驱动信号与同步光驱动信号的频率不相同，并且多数情况下，信号光驱动信号的频率大于同步光信号的频率。

信号光驱动信号和同步光驱动信号分别作用于信号光激光器和同步光激光器，以产生系统所需的信号光与同步光。信号光用于产生量子密钥，同步光用于实现系统发送端和接收端的同步。本实用新型主要为系统的同步方式，所以仅关注同步光的后续处理，而关于信号光不再赘述。

光分束器的分光比例为N:1，其中N为正整数，例如，使用分光比例为9:1的BS，当然，分光比例根据实际情况可以自由选择。其中，比例为N的输出端连接一个可调光衰减器，再接入环形器端口1，从环形器端口2输出，环形器端口2即为双工QKD系统对外的光输入/输出(I/O)端口。

同步光激光器输出的同步光经过光分束器比例为1的输出端接入光开关的输入端口1。其中光开关规格为1*2矩阵型，环形器端口3的输出接入光开关的另一输入端口2。

光开关输出的即为欲发送给该双工QKD系统接收端的同步光，需要经过PIN管进行光电转化，得到电信号，然后送给接收端的锁相环，该锁相环根据该输入的同步电信号，产生用于单光子探测器的探测时钟。

请参阅图4所示，配对的两台QKD装置，分别用双工QKD系统-L和双工QKD系统-R来表示。双工QKD系统-L的发送端Alice和双工QKD系统-R的接收端Bob配对成QKD链路1；双工QKD系统-R的发送端Alice和双工QKD系统-L的接收端Bob配对成QKD链路2。

双工QKD系统-L和双工QKD系统-R的具体同步方法如下：

双工QKD系统-L的发送端Alice发送同步光，同步光传输如图4中实线路径所示，另外一条链路(双工QKD系统-R的Alice不发送同步光)同步光传输如图4中虚线路径所示。其中在该实施例中，系统实际工作时有部分连接线路未使用，则该未使用的部分在图4中没有画出来。

发送同步光的链路，同步光路线如实线路径：首先将本地晶振输出的信号接入双工QKD系统-L中发送端Alice的锁相环，经由锁相环后，产生同步光驱动信号，锁相环输出的同步光驱动信号，作用于同步光激光器，同步光激光器输出的同步光经过光分束器比例为N的一端，再经过可调光衰减器，进入环形器端口1，从环形器端口2输出，经过光纤传输，到达双工QKD系统-R中环形器的端口2，从环形器的端口3输出，进入光开关的端口2，再经过PIN管，转换成电信号后送给接收端Bob的锁相环，完成QKD链路1的双工QKD系统-L的发送端Alice和双工QKD系统-R的接收端Bob的同步。

另一链路的同步光路线如虚线路径所示：双工QKD系统-R中发送端Alice的锁相环以该双工QKD系统-R中接收端Bob的锁相环输出作为驱动信号，使得发送端Alice的锁相环所输入的同步信号能够与接收端Bob的锁相环所输出的同步信号同源，但是该双工QKD系统-R的发送端Alice不另外产生同步光。双工QKD系统-L的光分束器BS比例为1的输出端，连接光开关的端口1，光开关输出的同步光信号进入PIN管进行光电转换，得到同步电信号送给接收端Bob的锁相环。从而完成QKD链路2的双工QKD系统-R的发送端Alice和双工QKD系统-L的接收端Bob的同步。

可调光衰减器的作用是能够结合光纤链路上的衰减，设置不同的值，使得双工QKD系统-L产生的同步光达到该条链路的双工QKD系统-R接收端Bob时满足PIN管光电转换的条件。

请参阅图5所示，实际应用中，配对工作的两台QKD装置可以接收上层“控制系统”控制。“控制系统”分别连接到配对工作的两台QKD装置，可以配置由哪个双工QKD系统的发送端Alice发送同步光。若配置图5中左侧的双工QKD系统-L发送同步光，则同时将该系统中光开关设置为端口1选通，同时另外一个双工QKD系统-R中光开关设置为端口2选通。

该实施例中采用相同结构的QKD装置进行配对，组成双工QKD系统，优点在于，生产时无需考虑配对的两台QKD装置的情况，任意两台QKD装置均可以配对成能够使用同一路同步光进行同步的双工QKD系统。

实施例二

双工QKD系统，配对工作的两台设备采用不对等设计方案，即将实施例一中配对工作的两个QKD系统，每端只设计参与工作的部分，不设计冗余部分。双工QKD系统-L和双工QKD系统-R分别设计如下：

如图6所示，配对的其中一个双工QKD系统-L的同步光产生装置包括晶振(Oscillator，OSC)、发送端锁相环(Phase Locked Loop，PLL)、同步光激光器(LD，Laser Diode)、光分束器BS(Beam Splitter)、可调光衰减器、环形器、光开关OSW(Optical Switch)、PIN管、接收端锁相环。其中晶振连接到发送端锁相环，发送端锁相环的输出端连接同步光激光器，同步光激光器产生同步光进入光分束器BS，光分束器将同步光按照N:1的分光比例分光，同步光激光器输出的同步光经过光分束器比例为N的一端，再经过可调光衰减器进入环形器端口1，环形器端口2是同步光的输出端口，同步光激光器输出的同步光经过光分束器比例为1的一端连接光开关的端口1，光开关的输出端通过PIN管连接接收端锁相环。

如图7所示，配对的另一个双工QKD系统-R的同步光接收装置包括晶振(Oscillator，OSC)、发送端锁相环(Phase Locked Loop，PLL)、环形器、光开关OSW(Optical Switch)、PIN管、接收端锁相环。其中晶振连接到发送端锁相环，环形器端口2是同步光的输入端口，环形器端口3连接光开关的端口2，光开关的输出端通过PIN管连接接收端锁相环。接收端锁相环与发送端锁相环连接。

请参阅图8所示，配对的两台QKD装置，双工QKD系统-L的发送端Alice和双工QKD系统-R的接收端Bob配对成QKD链路1；双工QKD系统-R的发送端Alice和双工QKD系统-L的接收端Bob配对成QKD链路2。

该实施例中，双工QKD系统-L和双工QKD系统-R的具体同步方法如下：

双工QKD系统-L的发送端Alice发送同步光，同步光传输如图8中实线路径所示，另外一条链路(双工QKD系统-R的Alice不发送同步光)同步光传输如图8中虚线路径所示。

发送同步光的链路，同步光路线如实线路径：首先将本地晶振输出的信号接入双工QKD系统-L中发送端Alice的锁相环，经由锁相环后，产生同步光驱动信号，锁相环输出的同步光驱动信号，作用于同步光激光器，同步光激光器输出的同步光经过光分束器比例为N的一端，再经过可调光衰减器，进入环形器端口1，从环形器端口2输出，经过光纤传输，到达双工QKD系统-R中环形器的端口2，从环形器的端口3输出，进入光开关的端口2，再经过PIN管，转换成电信号后送给接收端Bob的锁相环，完成QKD链路1的双工QKD系统-L的发送端Alice和双工QKD系统-R的接收端Bob的同步。

另一链路的同步光路线如虚线路径所示：双工QKD系统-R中发送端Alice的锁相环以该双工QKD系统-R中接收端Bob的锁相环输出作为驱动信号，使得发送端Alice的锁相环所输入的同步信号能够与接收端Bob的锁相环所输出的同步信号同源，但是该双工QKD系统-R的发送端Alice不另外产生同步光。双工QKD系统-L的光分束器BS比例为1的输出端，连接光开关的端口1，光开关输出的同步光信号进入PIN管进行光电转换，得到同步电信号送给接收端Bob的锁相环。从而完成QKD链路2的双工QKD系统-R的发送端Alice和双工QKD系统-L的接收端Bob的同步。

同时参阅图8所示，实际应用中，配对工作的两台QKD装置可以接收上层“控制系统”控制。“控制系统”分别连接到配对工作的两台QKD装置，配置由双工QKD系统-L的发送端Alice发送同步光。则同时将该系统中光开关设置为端口1选通，同时另外一个双工QKD系统-R中光开关设置为端口2选通。

该实施例中采用结构简化的QKD装置进行配对，组成双工QKD系统，优点在于，生产时不需要制作同步时不需要的部分零件，简化生产工艺的同时降低成本。

实施例三

为便于描述，将实施例一中的相同结构的配对的每台QKD装置称作“完整QKD装置”，实施例二中的只设计参与工作的部分，不设计冗余部分的每台QKD装置称作“最简QKD装置”，并且称发送同步光的“最简QKD装置”为“最简同步光发送QKD装置”，称接收同步光的“最简QKD装置”为“最简同步光接收QKD装置”。

实施例二中，配对的两台QKD装置均采用结构简化的QKD装置，实际应用过程中，难免会发生其中一台QKD装置故障的情况，如果现场没有同样结构的简化的QKD装置，会影响到双工QKD系统的使用。

该实施例中，采用一台完整QKD装置和一台最简同步光接收QKD装置配对组成双工QKD系统。

该双工QKD系统中，完整QKD装置的同步光产生和接收装置如图3所示，包括晶振(Oscillator，OSC)、发送端锁相环(Phase Locked Loop，PLL)、同步光激光器(LD，Laser Diode)、光分束器BS(Beam Splitter)、可调光衰减器、环形器、光开关OSW(Optical Switch)、PIN管、接收端锁相环。

其中晶振连接到发送端锁相环，发送端锁相环的输出端连接同步光激光器，同步光激光器的输出端连接到光分束器的输入端，光分束器的分光比例为N:1，光分束器比例为N的一端通过可调光衰减器连接环形器端口1，环形器端口2是同步光的输入/输出端口，光分束器比例为1的一端连接光开关的端口1，环形器端口3连接光开关的端口2，光开关的输出端通过PIN管连接接收端锁相环。接收端锁相环与发送端锁相环连接。

最简同步光接收QKD装置的同步光接收装置如图7所示，包括晶振(Oscillator，OSC)、发送端锁相环(Phase Locked Loop，PLL)、环形器、光开关OSW(Optical Switch)、PIN管、接收端锁相环。其中晶振连接到发送端锁相环，环形器端口2是同步光的输入端口，环形器端口3连接光开关的端口2，光开关的输出端通过PIN管连接接收端锁相环。接收端锁相环与发送端锁相环连接。

发送同步光的链路，同步光路线：首先将本地晶振输出的信号接入完整QKD装置中发送端Alice的锁相环，经由锁相环后，产生同步光驱动信号，锁相环输出的同步光驱动信号，作用于同步光激光器，同步光激光器输出的同步光经过光分束器比例为N的一端，再经过可调光衰减器，进入环形器端口1，从环形器端口2输出，经过光纤传输，到达最简同步光接收QKD装置中环形器的端口2，从环形器的端口3输出，进入光开关的端口2，再经过PIN管，转换成电信号后送给接收端Bob的锁相环，完成QKD链路1的完整QKD装置的发送端Alice和最简同步光接收QKD装置的接收端Bob的同步。

另一链路的同步光路线：最简同步光接收QKD装置中发送端Alice的锁相环以该最简同步光接收QKD装置接收端Bob的锁相环输出作为驱动信号，使得发送端Alice的锁相环所输入的同步信号能够与接收端Bob的锁相环所输出的同步信号同源，但是该最简同步光接收QKD装置的发送端Alice不另外产生同步光。完整QKD装置的光分束器BS比例为1的输出端，连接光开关的端口1，光开关输出的同步光信号进入PIN管进行光电转换，得到同步电信号送给接收端Bob的锁相环。从而完成QKD链路2的最简同步光接收QKD装置的发送端Alice和完整QKD装置的接收端Bob的同步。

实际应用中，配对工作的两台QKD装置可以接收上层“控制系统”控制。“控制系统”分别连接到配对工作的两台QKD装置，配置由完整QKD装置的发送端Alice发送同步光。则同时将该系统中光开关设置为端口1选通，同时另外一个最简同步光接收QKD装置中光开关设置为端口2选通。

实施例四

为便于描述，将实施例一中的相同结构的配对的每台QKD装置称作“完整QKD装置”，实施例二中的只设计参与工作的部分，不设计冗余部分的每台QKD装置称作“最简QKD装置”，并且称发送同步光的“最简QKD装置”为“最简同步光发送QKD装置”，称接收同步光的“最简QKD装置”为“最简同步光接收QKD装置”。

实施例二中，配对的两台QKD装置均采用结构简化的QKD装置，实际应用过程中，难免会发生其中一台QKD装置故障的情况，如果现场没有同样结构的简化的QKD装置，会影响到双工QKD系统的使用。

该实施例中，采用一台最简同步光发送QKD装置和一台完整QKD装置配对组成双工QKD系统。

最简同步光发送QKD装置的同步光产生装置如图6所示，包括晶振(Oscillator，OSC)、发送端锁相环(Phase Locked Loop，PLL)、同步光激光器(LD，Laser Diode)、光分束器BS(Beam Splitter)、可调光衰减器、环形器、光开关OSW(Optical Switch)、PIN管、接收端锁相环。其中晶振连接到发送端锁相环，发送端锁相环的输出端连接同步光激光器，同步光激光器产生同步光进入光分束器BS，光分束器将同步光按照N:1的分光比例分光，同步光激光器输出的同步光经过光分束器比例为N的一端，再经过可调光衰减器进入环形器端口1，环形器端口2是同步光的输出端口，同步光激光器输出的同步光经过光分束器比例为1的一端连接光开关的端口1，光开关的输出端通过PIN管连接接收端锁相环。

该双工QKD系统中，完整QKD装置的同步光产生和接收装置如图3所示，包括晶振(Oscillator，OSC)、发送端锁相环(Phase Locked Loop，PLL)、同步光激光器(LD，Laser Diode)、光分束器BS(Beam Splitter)、可调光衰减器、环形器、光开关OSW(Optical Switch)、PIN管、接收端锁相环。

其中晶振连接到发送端锁相环，发送端锁相环的输出端连接同步光激光器，同步光激光器的输出端连接到光分束器的输入端，光分束器的分光比例为N:1，光分束器比例为N的一端通过可调光衰减器连接环形器端口1，环形器端口2是同步光的输入/输出端口，光分束器比例为1的一端连接光开关的端口1，环形器端口3连接光开关的端口2，光开关的输出端通过PIN管连接接收端锁相环。接收端锁相环与发送端锁相环连接。

发送同步光的链路，同步光路线：首先将本地晶振输出的信号接入最简同步光发送QKD装置中发送端Alice的锁相环，经由锁相环后，产生同步光驱动信号，锁相环输出的同步光驱动信号，作用于同步光激光器，同步光激光器输出的同步光经过光分束器比例为N的一端，再经过可调光衰减器，进入环形器端口1，从环形器端口2输出，经过光纤传输，到达完整QKD装置中环形器的端口2，从环形器的端口3输出，进入光开关的端口2，再经过PIN管，转换成电信号后送给接收端Bob的锁相环，完成QKD链路1的最简同步光发送QKD装置的发送端Alice和完整QKD装置的接收端Bob的同步。

另一链路的同步光路线：完整QKD装置中发送端Alice的锁相环以该完整QKD装置接收端Bob的锁相环输出作为驱动信号，使得发送端Alice的锁相环所输入的同步信号能够与接收端Bob的锁相环所输出的同步信号同源，但是该完整QKD装置的发送端Alice不另外产生同步光。最简同步光发送QKD装置的光分束器BS比例为1的输出端，连接光开关的端口1，光开关输出的同步光信号进入PIN管进行光电转换，得到同步电信号送给接收端Bob的锁相环。从而完成QKD链路2的完整QKD装置的发送端Alice和最简同步光发送QKD装置的接收端Bob的同步。

实际应用中，配对工作的两台QKD装置可以接收上层“控制系统”控制。“控制系统”分别连接到配对工作的两台QKD装置，配置由最简同步光发送QKD装置的发送端Alice发送同步光。则同时将该系统中光开关设置为端口1选通，同时另外一个完整QKD装置中光开关设置为端口2选通。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。