一种量子通信方法和相关装置与流程

本发明实施例涉及通信技术领域，尤其涉及一种量子通信方法和相关装置。

背景技术：

为了有效解决信息安全问题，量子密钥分配(quantumkeydistribution，简称qkd)技术应运而生，目前正在走向市场实用化。

对于一个单向的qkd系统而言，其实现方式是通过在发送装置对量子光信号的量子态上编码一组随机数，在经过量子信道传输后被接收装置的接收机检测，然后发送装置和接收装置通过经典信道的数据比对和协商等一系列处理过程，最终使得双方共享一组安全的随机数密钥。典型的qkd系统中，用于发送装置和接收装置通信的光纤只承载量子信号，这有利于量子信号的探测，因为此时没有其它光信号引入额外噪声的影响。然而，未来量子通信必然向着网络化和全球化的方向发展。如今，各城域网发展过程中，光纤网络的铺设是基础，不可能将原有的光纤网络推翻，铺设新的量子网络，所以，只能在原有光纤的网络基础上，采用波分复用(wavelengthdivisionmultiplexing，简称wdm)技术集成组成量子-经典混合光网络，即，需要采用wdm技术，在一根光纤中同时传输量子光信号和经典光信号。

wdm是将两种或多种不同波长的光载波信号(携带各种信息)在发送装置经复用器(multiplexer)(亦称合波器)汇合在一起，并耦合到光线路的同一根光纤中进行传输的技术；在接收装置，经解复用器(demultiplexer)(亦称分波器或称去复用器)将各种波长的光载波分离，然后由光接收机作进一步处理以恢复原信号。

现有技术中，可以用于传输光载波信号的有多个波段，比如l波段、c波 段、s波段、e波段和o波段。每个波段对应不同的波长范围，l波段的波长范围为1565纳米(nm)至1625nm；c波段的波长范围为1530nm至1565nm；s波段的波长范围为1460nm至1530nm；e波段的波长范围为1360nm至1460nm；o波段的波长范围为1260nm至1360nm。

一种实现经典信号和量子信号在同一根光纤中混传的解决方案为，基于wdm技术将经典光信号在c波段传输，将量子光信号在l波段传输。但是，在光纤中，由于拉曼噪声是泵浦光子与光学声子发生非弹性散射产生，产生的散射光子波长小于或大于泵浦光，分别对应于反斯托克斯散射区和斯托克斯散射区。且由于斯托克斯散射区的散射强度大于反斯托克斯散射区，因此，将量子光信号放置于波长较长的l波段时，量子光信号主要受斯托克斯散射区的影响，此时量子光信号受到的拉曼噪声的影响较大。

综上，亟需一种量子通信方法和相关装置，用于在将经典光信号和量子光信号通过一根光纤进行混传时，降低量子光信号受到的拉曼噪声的影响。

技术实现要素：

本发明实施例提供一种量子通信方法和相关装置，用于在将经典光信号和量子光信号通过一根光纤进行混传时，降低量子光信号受到的拉曼噪声的影响。

本发明实施例提供一种用于量子通信的发送装置，包括：

经典光信号发送机，用于生成待处理光信号；

量子光信号发送机，用于生成量子光信号；量子光信号的波长处于s波段；

第一耦合单元，用于将待处理光信号和量子光信号耦合，得到耦合后光信号；

发送单元，用于通过光纤发送耦合后光信号；

其中，待处理光信号中至少包括经典光信号；的经典光信号包括至少一个子经典光信号；经典光信号包括一个子经典光信号时，子经典光信号的波长处于c波段或l波段；

经典光信号包括多个子经典光信号时，多个子经典光信号满足以下内容中的任一项：多个子经典光信号中包括波长处于c波段的子经典光信号；多个子经典光信号中包括波长处于l波段的子经典光信号；多个子经典光信号中包括波长处于c波段的子经典光信号和波长处于l波段的子经典光信号。

可见，经典光信号的波长处于l波段和/或c波段，由于量子光信号的波长处于s波段，因此经典光信号的波段的波长大于量子光信号的波段的波长，因此，量子光信号可位于反斯托克斯散射区，又由于反斯托克斯散射区的散射强度较小，因此可有效减少量子光信号所受到的拉曼噪声的影响程度，从而提高了通过一根光纤混传经典光信号和量子光信号时量子光信号的质量。

进一步，量子光信号的波长处于s波段，且由于s波段的光纤衰减系数较小，因此当将量子光信号在插损较小的s波段进行传输时，可减轻量子光信号的损耗，从而提高了量子密钥传输的安全距离。

进一步，由于经典光信号的波长处于l波段和/或c波段，由于量子光信号的波长处于s波段，即经典光信号的波段与量子光信号的波段为两个不同的波段，从而保证了经典光信号的波长和量子光信号的波长之间的距离，如此，可有效降低由于经典光信号的泄露对量子光信号所造成的干扰，以及有效降低经典光信号在传输过程中所产生的四波混频(four-wavemixing，简称fwm)对量子光信号所造成的干扰。

可选地，第一耦合单元，具体用于通过位于光纤上的s波段耦合器，将在光纤中的第一子光纤上传输的待处理光信号和在光纤中的第二子光纤上传输的量子光信号耦合，得到耦合后光信号。s波段耦合器可以是光纤耦合器，或者s波段量子光信号和待处理光信号的波分复用器。

可选地，经典光信号发送机，具体用于生成经典光信号，并通过可调光衰减器(variableopticalattenuator，简称voa)，对生成的经典光信号进行衰减，得到待处理光信号。由于在发送装置侧，使用voa对经典光信号进行衰减，并不使用现有技术中常用的edfa，如此，则彻底消除edfa所引起的ase噪声 对qkd信道的影响。另一方面，由于光纤传输损耗较低，因此对于城域网通讯系统，对经典光的光功率要求较低，此时，使用voa对经典光信号进行衰减，完全可以使经典光信号的功率达到传输要求。

可选地，待处理光信号还包括监控光信号，其中，监控光信号位于l波段。经典光信号发送机，具体用于生成经典光信号和监控光信号，并通过voa，对生成的经典光信号进行衰减，得到衰减后经典光信号；通过l波段和c波段合波器将衰减后的经典光信号和监控光信号耦合，得到待处理光信号。

如此，当用较长距离的城际量子通信时，在实际传输过程中设置光放大站点，在这种情况下由于存在中间节点，因此可通过第一光监控信道2207所发送的监控光信号对传输线路进行监控，一方面提高了传输的安全性，另一方面更好的兼容了现有技术中的监控信道的布局，第三，由于监控光信号使用l波段，监控光信号的波段距离量子光信号的波段较远，因此，监控光信号对量子光信号的噪声影响较小。

可选地，存在多个不同波长的子经典光信号时，经典光信号发送机，具体用于通过第一耦合器或合波器，将多个子经典光信号耦合，得到经典光信号。其中，合波器满足以下条件：

多个子经典光信号中包括波长处于c波段的子经典光信号，合波器为c波段合波器；多个子经典光信号中包括波长处于l波段的子经典光信号，合波器为l波段合波器；多个子经典光信号中包括波长处于c波段的子经典光信号和波长处于l波段的子经典光信号，合波器为c波段和l波段合波器。

通过第一耦合器或合波器，将多个子经典光信号耦合，得到经典光信号。如此，可更加简化通信系统，便于操作，且进一步降低系统中的插损。

可选地，存在多个不同波长的子量子光信号时，量子光信号发送机，具体用于通过第二耦合器或s波段合波器，将多个子量子光信号耦合，得到量子光信号。由于量子光信号和发送光信号在一根光纤中进行混传，相比单独传输量子光信号的方案，不可避免的会使量子光信号受到一定的噪声影响，降低量子 密钥的生成率，为了进一步提高量子密钥生成率，本发明实施例中通过多个波长同时传输多个子量子光信号，从而增大了子量子光信号的传输率，从而加大了量子密钥的生成速率，从而可对更多的经典光信号进行加密，从而提高了量子通信的通信效率。

本发明实施例提供一种用于量子通信的接收装置，包括：

接收单元，用于通过光纤接收发送装置发送的耦合后光信号；其中，耦合后光信号包括待处理光信号和量子光信号；量子光信号的波长处于s波段；

第二耦合单元，用于从耦合后光信号中确定出待处理光信号和量子光信号；

经典光信号接收机，用于接收第二耦合单元输出的待处理光信号，并从待处理光信号中确定出经典光信号；

量子光信号接收机，用于接收第二耦合单元输出的量子光信号，并进行处理；

其中，待处理光信号中至少包括经典光信号；的经典光信号包括至少一个子经典光信号；经典光信号包括一个子经典光信号时，子经典光信号的波长处于c波段或l波段；

经典光信号包括多个子经典光信号时，多个子经典光信号满足以下内容中的任一项：多个子经典光信号中包括波长处于c波段的子经典光信号；多个子经典光信号中包括波长处于l波段的子经典光信号；多个子经典光信号中包括波长处于c波段的子经典光信号和波长处于l波段的子经典光信号。

可见，经典光信号的波长处于l波段和/或c波段，由于量子光信号的波长处于s波段，因此经典光信号的波段的波长大于量子光信号的波段的波长，因此，量子光信号可位于反斯托克斯散射区，又由于反斯托克斯散射区的散射强度较小，因此可有效减少量子光信号所受到的拉曼噪声的影响程度，从而提高了通过一根光纤混传经典光信号和量子光信号时量子光信号的质量。

进一步，量子光信号的波长处于s波段，且由于s波段的光纤衰减系数较小，因此当将量子光信号在插损较小的s波段进行传输时，可减轻量子光信号 的损耗，从而提高了量子密钥传输的安全距离。

进一步，由于经典光信号的波长处于l波段和/或c波段，由于量子光信号的波长处于s波段，即经典光信号的波段与量子光信号的波段为两个不同的波段，从而保证了经典光信号的波长和量子光信号的波长之间的距离，如此，可有效降低由于经典光信号的泄露对量子光信号所造成的干扰，以及有效降低经典光信号在传输过程中所产生的fwm对量子光信号所造成的干扰。

可选地，第二耦合单元，具体用于通过位于光纤上的s波段带通滤波器，将耦合后光信号中的量子光信号分离至在光纤中的第四子光纤；并将耦合后光信号中的待处理光信号分离至光纤中的第三子光纤进行处理，从待处理光信号中确定出经典光信号。

本发明实施例中，s波段带通滤波器一方面可以将耦合后光信号中的量子光信号分离至在光纤中的第四子光纤；并将耦合后光信号中的待处理光信号分离至光纤中的第三子光纤进行处理，从而实现经典光信号和量子光信号通过一根光纤传输，进而分别对其进行处理的目的。另一方面，本发明实施例通过s波段带通滤波器可先对量子光信号进行过滤，从而降低噪声光子的影响。

可选地，如果量子光信号只有一个波长，s波段带通滤波器2106的带宽为0.1nm至5nm。优选地，在实际应用中可以使s波段带通滤波器2106的带宽为0.6nm。可选地，如果存在多个子量子光信号，则s波段带通滤波器2106的带宽需覆盖多个子量子光信号的波长，或者需要覆盖整个s波段的波长范围，可选地，s波段带通滤波器2106的带宽范围为0.1nm至70nm。

可选地，经典光信号接收机，具体用于通过光放大器(opticalamplifier，简称oa)，对待处理光信号进行放大，得到经典光信号。通过oa对经典光信号进行放大，不会对量子光信号造成影响，且由于经典光信号在经过光纤传输时会有损耗，因此通过oa对经典光信号进行放大后再处理，可提高对经典光信号处理的准确度。

可选地，待处理光信号还包括监控光信号，其中，监控光信号位于l波段。 经典光信号接收机，具体用于通过l波段和c波段分波器，对待处理光信号进行分波，得到监控光信号和分波后光信号；通过oa，对分波后光信号进行放大，得到经典光信号。

如此，当用较长距离的城际量子通信时，在实际传输过程中设置光放大站点，在这种情况下由于存在中间节点，因此可通过第一光监控信道2207所发送的监控光信号对传输线路进行监控，一方面提高了传输的安全性，另一方面更好的兼容了现有技术中的监控信道的布局，第三，由于监控光信号使用l波段，监控光信号的波段距离量子光信号的波段较远，因此，监控光信号对量子光信号的噪声影响较小。

可选地，存在多个不同波长的子经典光信号时，经典光信号接收机，还用于通过分波器，对经典光信号进行分波处理，得到经典光信号中包括的多个子经典光信号。其中，分波器满足以下条件：

多个子经典光信号中包括波长处于c波段的子经典光信号，分波器为c波段分波器；多个子经典光信号中包括波长处于l波段的子经典光信号，分波器为l波段分波器；多个子经典光信号中包括波长处于c波段的子经典光信号和波长处于l波段的子经典光信号，分波器为c波段和l波段分波器。

可选地，存在多个不同波长的子量子光信号时，量子光信号接收机，还用于通过s波段分波器，对量子光信号进行分波处理，得到量子光信号中包括的多个子量子光信号。如此，可通过多个波长同时接收到多个子经典光信号，将多个子经典光信号分离。如此，可同时传输更多的子经典光信号。

可选地，s波段分波器的每个子带的带宽范围为0.1nm至5nm。如此，可综合考虑系统稳定性和s波段分波器与插损等因素，本发明实施例中所设置的s波段分波器的每个子带的带宽一方面可以保证激光器的中心波长不会轻易偏离至s波段分波器的分波长范围之外，从而保证了通信系统的稳定性，另一方面s波段分波器的损耗较小，从而可延长量子通信的安全距离，第三，由于s波段分波器的每个子带的带宽较小，因此不会泄露较多的噪声光子到量子光信号探 测器，从而提高了量子密钥的成码率。

本发明实施例提供一种量子通信方法，包括：

发送装置生成待处理光信号和量子光信号；其中，量子光信号的波长处于s波段；发送装置将待处理光信号和量子光信号耦合，得到耦合后光信号；发送装置通过光纤发送耦合后光信号；

其中，待处理光信号中至少包括经典光信号；的经典光信号包括至少一个子经典光信号；经典光信号包括一个子经典光信号时，子经典光信号的波长处于c波段或l波段；

经典光信号包括多个子经典光信号时，多个子经典光信号满足以下内容中的任一项：多个子经典光信号中包括波长处于c波段的子经典光信号；多个子经典光信号中包括波长处于l波段的子经典光信号；多个子经典光信号中包括波长处于c波段的子经典光信号和波长处于l波段的子经典光信号。

可见，经典光信号的波长处于l波段和/或c波段，由于量子光信号的波长处于s波段，因此经典光信号的波段的波长大于量子光信号的波段的波长，因此，量子光信号可位于反斯托克斯散射区，又由于反斯托克斯散射区的散射强度较小，因此可有效减少量子光信号所受到的拉曼噪声的影响程度，从而提高了通过一根光纤混传经典光信号和量子光信号时量子光信号的质量。

进一步，量子光信号的波长处于s波段，且由于s波段的光纤衰减系数较小，因此当将量子光信号在插损较小的s波段进行传输时，可减轻量子光信号的损耗，从而提高了量子密钥传输的安全距离。

进一步，由于经典光信号的波长处于l波段和/或c波段，由于量子光信号的波长处于s波段，即经典光信号的波段与量子光信号的波段为两个不同的波段，从而保证了经典光信号的波长和量子光信号的波长之间的距离，如此，可有效降低由于经典光信号的泄露对量子光信号所造成的干扰，以及有效降低经典光信号在传输过程中所产生的fwm对量子光信号所造成的干扰。

可选地，发送装置将待处理光信号和量子光信号耦合，得到耦合后光信号， 包括发送装置通过位于光纤上的s波段耦合器，将在光纤中的第一子光纤上传输的待处理光信号和在光纤中的第二子光纤上传输的量子光信号耦合，得到耦合后光信号。s波段耦合器可以是光纤耦合器，或者s波段量子光信号和待处理光信号的波分复用器。

可选地，发送装置生成待处理光信号，包括发送装置生成经典光信号，并通过voa，对生成的经典光信号进行衰减，得到待处理光信号。

可选地，待处理光信号还包括监控光信号，其中，监控光信号位于l波段。发送装置生成待处理光信号，包括发送装置生成经典光信号和监控光信号，并通过voa，对生成的经典光信号进行衰减，得到衰减后经典光信号；发送装置通过l波段和c波段合波器将衰减后的经典光信号和监控光信号耦合，得到待处理光信号。由于在发送装置侧，使用voa对经典光信号进行衰减，并不使用现有技术中常用的edfa，如此，则彻底消除edfa所引起的ase噪声对qkd信道的影响。另一方面，由于光纤传输损耗较低，因此对于城域网通讯系统，对经典光的光功率要求较低，此时，使用voa对经典光信号进行衰减，完全可以使经典光信号的功率达到传输要求。

可选地，存在多个不同波长的子经典光信号时，发送装置生成经典光信号，包括发送装置通过第一耦合器或合波器，将多个子经典光信号耦合，得到经典光信号。其中，合波器满足以下条件：

多个子经典光信号中包括波长处于c波段的子经典光信号，合波器为c波段合波器；多个子经典光信号中包括波长处于l波段的子经典光信号，合波器为l波段合波器；多个子经典光信号中包括波长处于c波段的子经典光信号和波长处于l波段的子经典光信号，合波器为c波段和l波段合波器。

可选地，存在多个不同波长的子量子光信号时，发送装置生成量子光信号，包括接收装置通过第二耦合器或s波段合波器，将多个子量子光信号耦合，得到量子光信号。

本发明实施例提供一种量子通信方法，包括：

接收装置通过光纤接收发送装置发送的耦合后光信号；其中，耦合后光信号包括待处理光信号和量子光信号；量子光信号的波长处于s波段；接收装置根据耦合后光信号，确定出经典光信号和量子光信号；

其中，待处理光信号中至少包括经典光信号；的经典光信号包括至少一个子经典光信号；经典光信号包括一个子经典光信号时，子经典光信号的波长处于c波段或l波段；

经典光信号包括多个子经典光信号时，多个子经典光信号满足以下内容中的任一项：多个子经典光信号中包括波长处于c波段的子经典光信号；多个子经典光信号中包括波长处于l波段的子经典光信号；多个子经典光信号中包括波长处于c波段的子经典光信号和波长处于l波段的子经典光信号。

可见，经典光信号的波长处于l波段和/或c波段，由于量子光信号的波长处于s波段，因此经典光信号的波段的波长大于量子光信号的波段的波长，因此，量子光信号可位于反斯托克斯散射区，又由于反斯托克斯散射区的散射强度较小，因此可有效减少量子光信号所受到的拉曼噪声的影响程度，从而提高了通过一根光纤混传经典光信号和量子光信号时量子光信号的质量。

进一步，量子光信号的波长处于s波段，且由于s波段的光纤衰减系数较小，因此当将量子光信号在插损较小的s波段进行传输时，可减轻量子光信号的损耗，从而提高了量子密钥传输的安全距离。

进一步，由于经典光信号的波长处于l波段和/或c波段，由于量子光信号的波长处于s波段，即经典光信号的波段与量子光信号的波段为两个不同的波段，从而保证了经典光信号的波长和量子光信号的波长之间的距离，如此，可有效降低由于经典光信号的泄露对量子光信号所造成的干扰，以及有效降低经典光信号在传输过程中所产生的fwm对量子光信号所造成的干扰。

可选地，接收装置根据耦合后光信号，确定出经典光信号和量子光信号，包括接收装置通过位于光纤上的s波段带通滤波器，将耦合后光信号中的量子光信号分离至在光纤中的第四子光纤；并将耦合后光信号中的待处理光信号分 离至光纤中的第三子光纤进行处理，从待处理光信号中确定出经典光信号。本发明实施例中，s波段带通滤波器一方面可以将耦合后光信号中的量子光信号分离至在光纤中的第四子光纤；并将耦合后光信号中的待处理光信号分离至光纤中的第三子光纤进行处理，从而实现经典光信号和量子光信号通过一根光纤传输，进而分别对其进行处理的目的。另一方面，本发明实施例通过s波段带通滤波器可先对量子光信号进行过滤，从而降低噪声光子的影响。

可选地，如果量子光信号只有一个波长，s波段带通滤波器2106的带宽为0.1nm至5nm。优选地，在实际应用中可以使s波段带通滤波器2106的带宽为0.6nm。可选地，如果存在多个子量子光信号，则s波段带通滤波器2106的带宽需覆盖多个子量子光信号的波长，或者需要覆盖整个s波段的波长范围，可选地，s波段带通滤波器2106的带宽范围为0.1nm至70nm。

可选地，接收装置从待处理光信号中确定出经典光信号，包括接收装置通过oa，对待处理光信号进行放大，得到经典光信号。通过oa对经典光信号进行放大，不会对量子光信号造成影响，且由于经典光信号在经过光纤传输时会有损耗，因此通过oa对经典光信号进行放大后再处理，可提高对经典光信号处理的准确度。

可选地，待处理光信号还包括监控光信号，其中，监控光信号位于l波段。接收装置从待处理光信号中确定出经典光信号，包括接收装置通过l波段和c波段分波器，对待处理光信号进行分波，得到监控光信号和分波后光信号；接收装置通过oa，对分波后光信号进行放大，得到经典光信号。如此，当用较长距离的城际量子通信时，在实际传输过程中设置光放大站点，在这种情况下由于存在中间节点，因此可通过第一光监控信道2207所发送的监控光信号对传输线路进行监控，一方面提高了传输的安全性，另一方面更好的兼容了现有技术中的监控信道的布局，第三，由于监控光信号使用l波段，监控光信号的波段距离量子光信号的波段较远，因此，监控光信号对量子光信号的噪声影响较小。

可选地，存在多个不同波长的子经典光信号时，接收装置从耦合后光信号 中确定出经典光信号之后，还包括接收装置通过分波器，对经典光信号进行分波处理，得到经典光信号中包括的多个子经典光信号。其中，分波器满足以下条件：

多个子经典光信号中包括波长处于c波段的子经典光信号，分波器为c波段分波器；多个子经典光信号中包括波长处于l波段的子经典光信号，分波器为l波段分波器；多个子经典光信号中包括波长处于c波段的子经典光信号和波长处于l波段的子经典光信号，分波器为c波段和l波段分波器。

可选地，存在多个不同波长的子量子光信号时，接收装置从耦合后光信号中确定出量子光信号之后，还包括接收装置通过s波段分波器，对量子光信号进行分波处理，得到量子光信号中包括的多个子量子光信号。如此，可通过多个波长同时接收到多个子经典光信号，将多个子经典光信号分离。如此，可同时传输更多的子经典光信号。

可选地，s波段分波器的每个子带的带宽范围为0.1nm至5nm。如此，可综合考虑系统稳定性和s波段分波器与插损等因素，本发明实施例中所设置的s波段分波器的每个子带的带宽一方面可以保证激光器的中心波长不会轻易偏离至s波段分波器的分波长范围之外，从而保证了通信系统的稳定性，另一方面s波段分波器的损耗较小，从而可延长量子通信的安全距离，第三，由于s波段分波器的每个子带的带宽较小，因此不会泄露较多的噪声光子到量子光信号探测器，从而提高了量子密钥的成码率。

本发明实施例中，发送装置生成待处理光信号和量子光信号；发送装置将待处理光信号和量子光信号耦合，得到耦合后光信号；发送装置通过光纤发送耦合后光信号。待处理光信号中至少包括经典光信号；量子光信号的波长处于s波段；其中，待处理光信号中至少包括经典光信号；的经典光信号包括至少一个子经典光信号；经典光信号包括一个子经典光信号时，子经典光信号的波长处于c波段或l波段；经典光信号包括多个子经典光信号时，多个子经典光信号中包括波长处于c波段的子经典光信号，或者多个子经典光信号中包括波长 处于l波段的子经典光信号；或者多个子经典光信号中包括波长处于c波段的子经典光信号和波长处于l波段的子经典光信号。可见，经典光信号的波长处于l波段和/或c波段，由于量子光信号的波长处于s波段，因此经典光信号的波段的波长大于量子光信号的波段的波长，因此，量子光信号可位于反斯托克斯散射区，又由于反斯托克斯散射区的散射强度较小，因此可有效减少量子光信号所受到的拉曼噪声的影响程度，从而提高了通过一根光纤混传经典光信号和量子光信号时量子光信号的质量。

进一步，量子光信号的波长处于s波段，且由于s波段的光纤衰减系数较小，因此当将量子光信号在插损较小的s波段进行传输时，可减轻量子光信号的损耗，从而提高了量子密钥传输的安全距离。

进一步，由于经典光信号的波长处于l波段和/或c波段，由于量子光信号的波长处于s波段，即经典光信号的波段与量子光信号的波段为两个不同的波段，从而保证了经典光信号的波长和量子光信号的波长之间的距离，如此，可有效降低由于经典光信号的泄露对量子光信号所造成的干扰，以及有效降低经典光信号在传输过程中所产生的fwm对量子光信号所造成的干扰。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简要介绍。

图1为本发明实施例适用的一种系统架构示意图；

图1a示例性示出了本发明实施例提供的一种各波段对应的衰减系数的示意图；

图2为本发明实施例提供的一种量子通信方法流程示意图；

图2a为本发明实施例提供的另一种量子通信方法流程示意图；

图2b为量子光信号对应不同波长时的噪声光子与光纤长度的对应关系示意图；

图2c为本发明实施例提供的一种量子通信系统结构示意图；

图2d为本发明实施例提供的另一种量子通信系统结构示意图；

图2e为本发明实施例提供的另一种量子通信系统结构示意图；

图2f为本发明实施例提供的另一种量子通信系统结构示意图；

图3为本发明实施例提供的一种发送装置的结构示意图；

图4为本发明实施例提供的另一种接收装置的结构示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

图1示例性示出了本发明实施例适用的一种系统架构示意图，如图1所示，本发明实施例适用的系统架构包括发送装置1107和接收装置1108。本发明实施例中的发送装置1107和接收装置1108可分别位于两个网络设备或两个用户设备中；或发送装置1107位于网络设备中，接收装置1108位于用户设备中；或者发送设备位于用户设备中，接收设备位于网络设备中。可选地，通常为了使网络设备兼具发送和接收的功能，网络设备中会通常布置一个发送装置1107和一个接收装置1108，另一端的网络设备中也会布置一个发送装置1107和一个接收装置1108，一端的网络设备中的发送装置1107和另一端的网络设备中的一个接收装置1108为一对本发明实施例中的发送装置1107和接收装置1108；一端的网络设备中的接收装置1108和另一端的网络设备中的一个发送装置1107为另一对本发明实施例中的发送装置1107和接收装置1108。

用户设备可以经无线接入网(radioaccessnetwork，简称ran)与一个或多个核心网进行通信，终端设备可以指用户设备(userequipment，简称ue)、接入终端、用户单元、用户站、移动站、移动台、远方站、远程终端、移动设备、用户终端、终端、无线通信设备、用户代理或用户装置。接入终端可以是 蜂窝电话、无绳电话、会话启动协议(sessioninitiationprotocol，简称sip)电话、无线本地环路(wirelesslocalloop，简称wll)站、个人数字处理(personaldigitalassistant，简称pda)、具有无线通信功能的手持设备、计算设备或连接到无线调制解调器的其它处理设备、车载设备、可穿戴设备，未来5g网络中的终端设备等。

网络设备可以是用于与终端设备进行通信的设备，例如，可以是gsm系统或cdma中的基站(basetransceiverstation，简称bts)，也可以是wcdma系统中的基站(nodeb，简称nb)，还可以是lte系统中的演进型基站(evolutionalnodeb，简称enb或enodeb)，或者该网络设备可以为中继站、接入点、车载设备、可穿戴设备以及未来5g网络中的网络侧设备或未来演进的plmn网络中的网络设备等。

本发明实施例中，发送装置1107中包括的经典光信号发送机2101用于生成经典信号，量子光信号发送机2103用于生成量子光信号，发送装置1107将经典光信号和量子光信号经过第一耦合单元1103的耦合处理，得到耦合后光信号，发送装置1107通过光纤将耦合后光信号发送出去。

接收装置1108通过光纤接收到耦合后光信号，之后接收装置1108通过第二耦合单元1104的解耦合处理，分别将耦合后光信号中的经典光信号分离至经典光信号接收机2102中，将耦合后光信号中的量子光信号分离至量子光信号接收机2104中，并分别做相应处理。

发送装置1107和接收装置1108通过发送经典光信号和量子光信号，分别从量子光信号发送机2103所生成的量子光信号中确定出的量子密钥，发送装置1107使用量子密钥对业务信息进行加密处理，将加密处理之后的业务信息经过经典光信号发送机2101的进一步处理，与量子光信号发送机2103所发送的下一次量子光信号进行耦合，耦合至光纤中进行传输。接收装置1108接收到之后，将耦合后光信号中的经典光信号分离至经典光信号接收机2102中，将耦合后光信号中的量子光信号分离至量子光信号接收机2104中，接收装置1108从量子 光信号接收机2104所接收到的量子光信号中确定出量子密钥，并使用量子密钥对经典光信号接收机2102所接收到的经典光信号中的已经进行处理的加密信息进行解密处理，进而恢复出业务信息。

图1a示例性示出了本发明实施例提供的一种各波段对应的衰减系数的示意图，如图1a所示，横坐标表示波长，单位为nm；纵坐标表示光纤衰减系数，单位为分贝每公里(db/km)。每个波段对应不同的波长范围，l波段的波长范围为1565nm至1625nm；c波段的波长范围为1530nm至1565nm；s波段的波长范围为1460nm至1530nm；e波段的波长范围为1360nm至1460nm；o波段的波长范围为1260nm至1360nm。如图1a所示，s波段、c波段和e波段的光纤衰减系数小于其它波段的光纤衰减系数，因此，s波段、c波段和e波段的传输光信号时损耗较小。

基于上述内容，本发明实施例提供一种量子通信方案，用于实现经典光信号和量子光信号在一根光纤中传输的目的。

图2示例性示出了本发明实施例提供的一种量子通信方法流程示意图。

基于图1所示的系统架构，如图2所示，本发明实施例提供的发送装置1107侧实现的一种量子通信方法，包括：

步骤201，发送装置生成待处理光信号和量子光信号；量子光信号的波长处于s波段；

步骤202，发送装置将待处理光信号和量子光信号耦合，得到耦合后光信号；

步骤203，发送装置通过光纤发送耦合后光信号；

其中，待处理光信号中至少包括经典光信号；的经典光信号包括至少一个子经典光信号；经典光信号包括一个子经典光信号时，子经典光信号的波长处于c波段或l波段；经典光信号包括多个子经典光信号时，多个子经典光信号满足以下内容中的任一项：多个子经典光信号中包括波长处于c波段的子经典光信号；多个子经典光信号中包括波长处于l波段的子经典光信号；多个子经典光信号中包括波长处于c波段的子经典光信号和波长处于l波段的子经典光 信号。

可选地，经典光信号包括一个子经典光信号时，该一个子经典光信号即为经典光信号；经典光信号包括多个子经典光信号时，多个子经典光信号可经过合波或耦合，从而得到经典光信号。

可见，经典光信号的波长处于l波段和/或c波段，由于量子光信号的波长处于s波段，因此经典光信号的波段的波长大于量子光信号的波段的波长，因此，量子光信号可位于反斯托克斯散射区，又由于反斯托克斯散射区的散射强度较小，因此可有效减少量子光信号所受到的拉曼噪声的影响程度，从而提高了通过一根光纤混传经典光信号和量子光信号时量子光信号的质量。

进一步，量子光信号的波长处于s波段，且由于s波段的光纤衰减系数较小，因此当将量子光信号在插损较小的s波段进行传输时，可减轻量子光信号的损耗，从而提高了量子密钥传输的安全距离。

进一步，由于经典光信号的波长处于l波段和/或c波段，由于量子光信号的波长处于s波段，即经典光信号的波段与量子光信号的波段为两个不同的波段，从而保证了经典光信号的波长和量子光信号的波长之间的距离，如此，可有效降低由于经典光信号的泄露对量子光信号所造成的干扰，以及有效降低经典光信号在传输过程中所产生的fwm对量子光信号所造成的干扰。

可选地，图2a示例性示出了本发明实施例提供的另一种量子通信方法流程示意图，如图2a所示，本发明实施例提供的接收装置1108侧实现的一种量子通信方法包括：

步骤2001，接收装置通过光纤接收发送装置发送的耦合后光信号；其中，耦合后光信号包括待处理光信号和量子光信号；量子光信号的波长处于s波段；

步骤2002，接收装置根据耦合后光信号，确定出经典光信号和量子光信号；

其中，待处理光信号中至少包括经典光信号；的经典光信号包括至少一个子经典光信号；经典光信号包括一个子经典光信号时，子经典光信号的波长处于c波段或l波段；经典光信号包括多个子经典光信号时，多个子经典光信号 满足以下内容中的任一项：多个子经典光信号中包括波长处于c波段的子经典光信号；多个子经典光信号中包括波长处于l波段的子经典光信号；多个子经典光信号中包括波长处于c波段的子经典光信号和波长处于l波段的子经典光信号。

可选地，经典光信号包括一个子经典光信号时，该一个子经典光信号即为经典光信号；经典光信号包括多个子经典光信号时，多个子经典光信号可经过合波或耦合，从而得到经典光信号。

结合图1a所示，量子光信号的波长处于s波段，且s波段为光纤衰减系数较小的波段，也就是说，将量子光信号在s波段进行传输，相比于现有技术中将量子光信号在o波段传输，由于s波段的光纤衰减系数小于o波段的光纤衰减系数，因此s波段传输量子光信号时的损耗小于用o波段传输量子光信号时的损耗，可见，用s波段传输量子光信号，降低了量子光信号的插损，提高了提高了量子密钥传输的安全距离。

具体实施中，在光纤中，自发拉曼散射srs噪声由泵浦光子与光学声子发生非弹性散射产生，其包括斯托克斯和反斯托克斯散射，增益范围达30thz，增益峰值频偏约为13.2thz，且随着光功率的增加，呈指数增长。通常反斯托克斯散射的强度要弱于斯托克斯散射。

假设不使用本发明实施例的解决方案，而是将量子光信号的波长设置的大于经典光信号的波长，则量子光信号的波长则位于经典光信号的斯托克斯散射区域。以经典光信号位于c波段，量子光信号位于l波段为例进行如下分析：

当经典光信号的功率为po时，其引起的拉曼噪声强度可表示为公式(1)：

在公式(1)中，s(l)为经典光功率为po时，其引起的拉曼噪声强度；

po为经典光信号的功率；

αp为经典光信号的光纤衰减系数；αs为量子光信号的光纤衰减系数；

βs为量子光信号对应的自发拉曼系数；

l为传输距离。

当系统中有多个经典通道参与时，此时其引起的拉曼噪声强度可表示为公式(2)：

在公式(2)中：

s(l)为有多个经典通道参与时所引起的拉曼噪声强度；

poi为第i个经典光信号对应的光功率；i的取值范围为[1，经典光信号的总数量]；

为所有经典光信号的平均光纤衰减系数；αs为量子光信号的光纤衰减系数；

βsi为量子光信号对应第i个经典光信号的自发拉曼系数；

l为传输距离。

在公式(2)中，由于考虑了多个经典光信号，每个经典光信号的衰减系数有一些差别，因此用表示平均的数光纤衰减系数。

不失一般性，下面以仅有一个经典光信号的情况进行分析：

若探测器的波长带宽为δλ时，则相应的拉曼噪声强度为公式(3)所示：

psrs＝s(l)×δλ……公式(3)

在公式(3)中，psrs为探测器的波长带宽为δλ时，相应的拉曼噪声强度；

s(l)为公式(1)中的经典光功率为p0时，其引起的拉曼噪声强度。

在估计每时空模式下的平均光子数之前，需要首先确定波长带宽δλ和时间窗口δt＝1秒内总的模式数目；由频率与波长的关系，可得公式(4)：

在公式(4)中，nmod为带宽δλ和时间窗口δt＝1秒内总的模式数目；

λ为量子光信号的波长，c为光速；v为量子光信号的频率，v＝c/λ；

δt为时间窗口；δλ为波长带宽；δv为频率带宽。

由此引起的每时空和偏振模式下的平均噪声光子数如公式(5)所示：

在公式(5)中：

＜nsrs＞为每时空和偏振模式下的平均噪声光子数；

psrs为公式(3)中探测器的波长带宽为δλ时，相应的拉曼噪声强度；

nmod为公式(4)中波长带宽δλ和时间窗口δt＝1秒内总的模式数目；

v为量子光信号的频率；

h为普朗克常数；

ηd为分波器(demux)的透射系数。

将上述公式(1)至公式(4)中的各个参数项代入上述公式(5)，可将公式(5)转换为下述公式(6)：

在公式(6)中：

＜nsrs＞为每时空和偏振模式下的平均噪声光子数；

p0为经典光信号的功率；

αp为经典光信号的光纤衰减系数；αs为量子光信号的光纤衰减系数；

βs为量子光信号对应的自发拉曼系数；

l为传输距离；

λ为量子光信号的波长，c为光速；

h为普朗克常数；

ηd为分波器(demux)的透射系数。

通过上述公式的推导，假设将经典光信号的波长设置为c波段的1550nm，功率为0dbm，探测器门宽为1ns，滤波带宽为75ghz，分波器(demux)的插损为1.5db，此时，图2b示例性示出了量子光信号对应不同波长时的噪声光子与光纤长度的对应关系示意图。可见，由于l波段的波长范围为1565nm至1625nm，由于s波段的波长范围为1460nm至1530nm，如图2b所示，横轴表示光纤长度，单位为千米，纵轴表示每纳秒的噪声光子数(图中表示为噪声光子数/纳秒)。在光纤长度一定的情况下，在l波段平均每纳秒产生的拉曼噪声光子数要大于s波段的情形，如1470nm波长的噪声光子仅为1630nm的约十分之一。也就是说，在实际系统中，当经典光信号使用c波段时，量子光信号若工作于l波段，则量子光信号所受到的拉曼噪声光子数过大，此时，会降低量子密钥的成功发送率和量子密钥传输的安全距离，因此量子光信号不宜工作在l波段。

如图2b所示，在光纤长度一定的情况下，量子光信号的波长越长，则量子光信号所对应的噪声光子数量越大，因此，本发明实施例中，量子光信号在s波段传输，经典光信号包括一个子经典光信号时，子经典光信号的波长处于c波段或l波段；经典光信号包括多个子经典光信号时，多个子经典光信号满足以下内容中的任一项：

多个子经典光信号中包括波长处于c波段的子经典光信号；多个子经典光信号中包括波长处于l波段的子经典光信号；多个子经典光信号中包括波长处于c波段的子经典光信号和波长处于l波段的子经典光信号。可选地，经典光信号包括一个子经典光信号时，该一个子经典光信号即为经典光信号；经典光信号包括多个子经典光信号时，多个子经典光信号可经过合波或耦合，从而得到经典光信号。也就是说，经典光信号中包括的子经典光信号的波长位于c波段的波长范围为1530nm至1565nm内；或者经典光信号中包括的子经典光信号 的波长位于l波段的波长范围为1565nm至1625nm内；或者经典光信号中包括的子经典光信号的波长位于l波段和c波段的波长范围为1530nm至1625nm内。

如此，可使经典光信号的波长大于量子光信号的波长，从而使量子光信号位于反斯托克斯散射区，从而降低了量子光信号的波长对应的拉曼噪声光子数量，也就是说相比将量子光信号放置于l波段的方案，本发明实施例中量子光信号的波长处于s波段，此时，量子光信号受到的拉曼噪声光子数量少了接近十倍，也就是说，本发明实施例中，经典光信号的波长处于c波段，量子光信号的波长处于s波段，相对于将量子光信号的波段设置为l波段的方案，量子光信号对c波段产生的拉曼噪声抵抗能力增加了十倍，从而降低了系统的误码率，进一步提高量子密钥的成功发送率。可选地，同时所选的量子光信号的波长需避开斯托克斯和反斯托克斯散射的增益峰值频偏(比如13.2thz)。

进一步，量子光信号的波长处于s波段(比如1470nm)，离经典光信号所使用的c波段、l波段的波长间隔较远，即量子光信号的波段和经典光信号的波段位于不同的波段，从而很好的避免了量子光信号受到fwm和放大自发辐射(amplifiedspontaneousemission，简称ase)噪声的影响，从而降低了系统的误码率，进一步提高量子密钥的成功发送率。

通过上述分析，可见，本发明实施例中不仅仅考虑到在实现经典光信号和量子光信号的同纤混传时，降低量子光信号的损耗，同时还降低了由经典光信号引起的噪声光子对量子光信号的影响程度，从而进一步提高量子密钥传输的安全距离。

图2c示例性示出了本发明实施例提供的一种量子通信系统结构示意图。如图2c所示，发送装置1107包括s波段耦合器2105，接收装置1108包括s波段带通滤波器2106。s波段耦合器2105可为图1中的第一耦合单元1103。s波段带通滤波器2106可为图1中的第二耦合单元1104。

可选地，如图2c所示，发送装置1107将待处理光信号和量子光信号耦合， 得到耦合后光信号，包括：

发送装置1107通过位于光纤2109上的s波段耦合器2105，将在光纤2109中的第一子光纤2107上传输的待处理光信号和在光纤2109中的第二子光纤2108上传输的量子光信号耦合，得到耦合后光信号。

本发明实施例中，s波段耦合器2105一方面可以将第一子光纤2107上传输的待处理光信号和在光纤2109中的第二子光纤2108上传输的s波段的量子光信号耦合，从而实现经典光信号和s波段的量子光信号通过一根光纤传输的目的。s波段耦合器可以是光纤耦合器，或者s波段量子光信号和待处理光信号的波分复用器。

具体实施中，降低噪声光子对量子光信号影响的本质即是降低最终泄漏到量子光信号探测器的噪声光子数目，因此，通过s波段带通滤波器2106可有效的滤除量子光信号波段周围的噪声光子，从而减少最终到达量子光信号探测器的噪声光子数目。可选地，如图2c所示，接收装置1108根据耦合后光信号，确定出经典光信号和量子光信号，包括：

接收装置1108通过位于光纤2109上的s波段带通滤波器2106，将耦合后光信号中的量子光信号分离至在光纤2109中的第四子光纤2111；并将耦合后光信号中的待处理光信号分离至光纤2109中的第三子光纤2110进行处理，从待处理光信号中确定出经典光信号。

本发明实施例中，s波段带通滤波器2106一方面可以将耦合后光信号中的量子光信号分离至在光纤2109中的第四子光纤2111；并将耦合后光信号中的待处理光信号分离至光纤2109中的第三子光纤2110进行处理，从而实现经典光信号和量子光信号通过一根光纤传输，进而分别对其进行处理的目的。另一方面，本发明实施例通过s波段带通滤波器2106可先对量子光信号进行过滤，从而降低噪声光子的影响。

具体实施中，采用s波段带通滤波器2106分离量子光信号发送机2103输出的s波段的量子光信号和经典光信号时，需要权衡s波段带通滤波器2106的 滤波带宽与输出的量子光信号的激光器稳定性。由于各种不稳定因素，如温度变化、大气变化、机械振动、磁场变化的影响，实际量子光信号的激光频率的漂移明显，如果不采用本发明实施例中的s波段带通滤波器2106，而是采用超窄带的带通滤波片，则量子光信号的中心波长容易偏离至超窄带的带通滤波片的滤波范围之外，从而导致超窄带的带通滤波片将量子光信号也滤去，从而导致量子光信号无法传输，而且同时超窄带的带通滤波片会引入较大的损耗。但是，另一方面，若s波段带通滤波器2106的带宽较大，则会泄露更多的噪声光子到量子光信号探测器，从而影响最终的量子密钥的成码率。

可选地，如果量子光信号只有一个波长，s波段带通滤波器2106的带宽为0.1nm至5nm。优选地，在实际应用中可以使s波段带通滤波器2106的带宽为0.6nm。可选地，如果存在多个子量子光信号，则s波段带通滤波器2106的带宽需覆盖多个子量子光信号的波长，或者需要覆盖整个s波段的波长范围，可选地，s波段带通滤波器2106的带宽范围为0.1nm至70nm。

如此，可综合考虑系统稳定性和s波段带通滤波器2106与插损等因素，本发明实施例中所设置的s波段带通滤波器2106的带宽一方面可以保证激光器的中心波长不会轻易偏离至s波段带通滤波器2106的滤波范围之外，从而保证了通信系统的稳定性，另一方面s波段带通滤波器2106的损耗较小，从而可延长量子通信的安全距离，第三，由于s波段带通滤波器2106的带宽较小，因此不会泄露较多的噪声光子到量子光信号探测器，从而提高了量子密钥的成码率。

进一步，由于经典光信号和量子光信号位于不同的波段，距离较远，因此s波段带通滤波器2106的性能不需要很高，即可实现滤去经典光信号对量子光信号的噪声光子的目的，从而降低了量子通信系统的成本。

图2d示例性示出了本发明实施例提供的另一种量子通信系统结构示意图。如图2d所示，可选地，发送装置1107生成待处理光信号，包括：发送装置1107生成经典光信号，并通过voa2205，对生成的经典光信号进行衰减，得到待处理光信号。

由于在发送装置1107侧，使用voa2205对经典光信号进行衰减，并不使用现有技术中常用的edfa，如此，则彻底消除edfa所引起的ase噪声对qkd信道的影响。另一方面，由于光纤传输损耗较低，因此对于城域网通讯系统，对经典光的光功率要求较低，此时，使用voa2205对经典光信号进行衰减，完全可以使经典光信号的功率达到传输要求。

可选地，接收装置1108从待处理光信号中确定出经典光信号，包括：接收装置1108通过oa2305，对待处理光信号进行放大，得到经典光信号。具体来说，接收装置1108将经典光信号和量子光信号进行分离之后，通过oa对经典光信号进行放大，不会对量子光信号造成影响，且由于经典光信号在经过光纤传输时会有损耗，因此通过oa对经典光信号进行放大后再处理，可提高对经典光信号处理的准确度。

图2e示例性示出了本发明实施例提供的另一种量子通信系统结构示意图。如图2e所示，经典光信号发送机2101将经典光信号的第一光监控信道2207产生的监控光信号通过l波段和c波段合波器2206进行耦合，耦合至第一子光纤2107进行传输。可选地，本发明实施例中的分波器和合波器基于波分复用系统。也就是说，本发明实施例中在现有wdm系统(主通道+监控信道)上叠加一个量子光信号发送机2103。可选地，如图2e所示，在发送装置1107侧，待处理光信号还包括监控光信号，其中，监控光信号位于l波段；

发送装置1107生成待处理光信号，包括：

发送装置1107生成经典光信号和监控光信号，并通过voa，对生成的经典光信号进行衰减，得到衰减后经典光信号；

发送装置1107通过l波段和c波段合波器2206将衰减后的经典光信号和监控光信号耦合，得到待处理光信号。

如此，当用较长距离的城际量子通信时，在实际传输过程中设置光放大站点，在这种情况下由于存在中间节点，因此可通过第一光监控信道2207所发送的监控光信号对传输线路进行监控，一方面提高了传输的安全性，另一方面更 好的兼容了现有技术中的监控信道的布局，第三，由于监控光信号使用l波段，监控光信号的波段距离量子光信号的波段较远，因此，监控光信号对量子光信号的噪声影响较小。

可选地，如图2e所示，在接收装置1108侧，待处理光信号还包括监控光信号，其中，监控光信号位于l波段；

接收装置1108从待处理光信号中确定出经典光信号，包括：

接收装置1108通过l波段和c波段分波器2306，对待处理光信号进行分波，得到监控光信号和分波后光信号；接收装置1108通过oa，对分波后光信号进行放大，得到经典光信号。

如此，当用较长距离的城际量子通信时，在实际传输过程中设置光放大站点，在这种情况下由于存在中间节点，因此可通过第二光监控信道2307所接收到的监控光信号对传输线路进行监控，一方面提高了传输的安全性，另一方面更好的兼容了现有技术中的监控信道的布局，第三，由于监控光信号使用l波段，监控光信号的波段距离量子光信号的波段较远，因此，监控光信号对量子光信号的噪声影响较小。第四，实现了经典光信号、监控光信号的成功分离，从而可分别对其进行处理，实现其各自的作用。

图2f示例性示出了本发明实施例提供的另一种量子通信系统结构示意图。如图2f所示，可选地，在发送装置1107侧存在多个不同波长的子经典光信号时，发送装置1107生成经典光信号，包括：发送装置1107通过第一耦合器或合波器2204，将多个子经典光信号耦合，得到经典光信号；其中，合波器2204满足以下条件：

多个子经典光信号中包括波长处于c波段的子经典光信号，合波器2204为c波段合波器；

多个子经典光信号中包括波长处于l波段的子经典光信号，合波器2204为l波段合波器；

多个子经典光信号中包括波长处于c波段的子经典光信号和波长处于l波 段的子经典光信号，合波器2204为c波段和l波段合波器。

可选地，发送装置1107通过第一耦合器或合波器2204，将多个子经典光信号耦合，得到经典光信号。如此，可更加简化通信系统，便于操作，且进一步降低系统中的插损。

如此，可通过多个波长同时发送多个子经典光信号，比如图2f中的子经典光信号2201、子经典光信号2202、…子经典光信号2203等等。通过第一耦合器或合波器2204，将多个子经典光信号耦合，并通过光纤进行传输。如此，可同时传输更多的子经典光信号。本发明实施例中经典信息可为协商信息、业务信息和同步时钟信号中的任一项或任几项的信息，每个子经典光信号也可为协商信息、业务信息和同步时钟信号中的任一项或任几项的信息。具体来说，比如一个子经典光信号可为用于使接收装置和发送装置协商出量子密钥的协商信息，或者是通过量子密钥加密后的业务信息。

可选地，在接收装置1108侧，存在多个不同波长的子经典光信号时，接收装置1108从耦合后光信号中确定出经典光信号之后，还包括：接收装置1108通过分波器2304，对经典光信号进行分波处理，得到经典光信号中包括的多个子经典光信号；其中，分波器分波器满足以下条件：

多个子经典光信号中包括波长处于c波段的子经典光信号，分波器分波器为c波段分波器；

多个子经典光信号中包括波长处于l波段的子经典光信号，分波器分波器为l波段分波器；

多个子经典光信号中包括波长处于c波段的子经典光信号和波长处于l波段的子经典光信号，分波器分波器为c波段和l波段分波器。

如此，可通过多个波长同时接收到多个子经典光信号，比如图2f中的子经典光信号2301、子经典光信号2302、…子经典光信号2303等等。通过分波器2304，将多个子经典光信号分离。如此，可同时传输更多的子经典光信号。

如图2f所示，可选地，在发送装置1107侧，存在多个不同波长的子量子光 信号时：发送装置1107生成量子光信号，包括：接收装置1108通过第二耦合器或s波段合波器2404，将多个子量子光信号耦合，得到量子光信号。

可选地，接收装置1108通过第二耦合器，将多个子量子光信号耦合，得到量子光信号。比如图2f中的子量子光信号2401、子量子光信号2402、…子量子光信号2403等等。如此，可更加简化通信系统，便于操作，且进一步降低系统中的插损。本发明实施例中量子光信号可为以量子态为信息载体的光信号，比如可为一组随机数，该组随机数可以用于生成最终的量子密钥。本发明实施例中的每个子量子光信号可为以量子态为信息载体的光信号，比如一个子量子光信号可为一组随机数，该组随机数可以用于生成最终的量子密钥。

由于量子光信号和发送光信号在一根光纤中进行混传，相比单独传输量子光信号的方案，不可避免的会使量子光信号受到一定的噪声影响，降低量子密钥的生成率，为了进一步提高量子密钥生成率，本发明实施例中通过多个波长同时传输多个子量子光信号，从而增大了子量子光信号的传输率，从而加大了量子密钥的生成速率，从而可对更多的经典光信号进行加密，从而提高了量子通信的通信效率。

如图2f所示，可选地，在接收装置1108侧，存在多个不同波长的子量子光信号时：接收装置1108从耦合后光信号中确定出量子光信号之后，还包括：接收装置1108通过s波段分波器2504，对量子光信号进行分波处理，得到量子光信号中包括的多个子量子光信号。比如图2f中的子量子光信号2501、子量子光信号2502、…子量子光信号2503等等。

由于量子光信号和发送光信号在一根光纤中进行混传，相比单独传输量子光信号的方案，不可避免的会使量子光信号受到一定的噪声影响，降低量子密钥的生成率，为了进一步提高量子密钥生成率，本发明实施例中通过多个波长同时传输多个子量子光信号，从而增大了子量子光信号的传输率，从而加大了量子密钥的生成速率，从而可对更多的经典光信号进行加密，从而提高了量子通信的通信效率。

具体实施中，采用s波段分波器2504对量子信号进行分波处理时，需要权衡s波段分波器2504的每个子带的带宽与输出的量子光信号的激光器稳定性。由于各种不稳定因素，如温度变化、大气变化、机械振动、磁场变化的影响，实际量子光信号的激光频率的漂移明显，如果不采用本发明实施例中的s波段分波器2504，而是采用超窄带的带通滤波片，则量子光信号的中心波长容易偏离至超窄带的带通滤波片的滤波范围之外，从而导致超窄带的带通滤波片将量子光信号也滤去，从而导致量子光信号无法传输，而且同时超窄带的带通滤波片会引入较大的损耗。但是，另一方面，若s波段分波器2504的每个子带的带宽较大，则会泄露更多的噪声光子到量子光信号探测器，从而影响最终的量子密钥的成码率。可选地，s波段分波器2504的每个子带的带宽范围为0.1nm至5nm。优选地，在实际应用中可以使s波段分波器2504的每个子带的带宽为0.6nm。如此，可综合考虑系统稳定性和s波段分波器2504与插损等因素，本发明实施例中所设置的s波段分波器2504的每个子带的带宽一方面可以保证激光器的中心波长不会轻易偏离至s波段分波器2504的分波长范围之外，从而保证了通信系统的稳定性，另一方面s波段分波器2504的损耗较小，从而可延长量子通信的安全距离，第三，由于s波段分波器2504的每个子带的带宽较小，因此不会泄露较多的噪声光子到量子光信号探测器，从而提高了量子密钥的成码率。

基于上述论述，为了更加清楚的介绍本发明实施例，下面以图2f为例对本发明实施例进行详细介绍。

如图2f所示，在发送装置1107侧：

可选地，存在多个不同波长的子经典光信号时。通过第一耦合器或合波器2204，将多个子经典光信号耦合，得到经典光信号，之后通过可调光衰减器2205对经典光信号进行衰减，得到衰减后经典光信号。第一光监控信道2207产生监控光信号，通过l波段和c波段合波器2206将衰减后的经典光信号和监控光信号耦合，得到待处理光信号，并在第一子光纤2107上传输待处理光信号。

可选地，存在多个不同波长的子量子光信号时。通过第二耦合器或s波段合波器2404，将多个子量子光信号耦合，得到量子光信号，量子光信号在第二子光纤2108上传输。

发送装置1107通过位于光纤2109上的s波段耦合器2105，将在光纤2109中的第一子光纤2107上传输的待处理光信号和在光纤2109中的第二子光纤2108上传输的量子光信号耦合，得到耦合后光信号。

发送装置1107通过光纤将耦合后光信号发送出去。

在接收装置1108侧：

接收装置1108通过光纤接收到耦合后光信号。

接收装置1108通过位于光纤2109上的s波段带通滤波器2106，将耦合后光信号中的量子光信号分离至在光纤2109中的第四子光纤2111；并将耦合后光信号中的待处理光信号分离至光纤2109中的第三子光纤2110进行处理。

接收装置1108通过l波段和c波段分波器2306，对待处理光信号进行分波，得到监控光信号和分波后光信号。

接收装置1108通过oa，对分波后光信号进行放大，得到经典光信号。

接收装置1108通过s波段分波器2504，对量子光信号进行分波处理，得到量子光信号中包括的多个子量子光信号。

接收装置1108和发送装置1107进一步根据各自接收到的经典光信号、量子光信号和监控光信号确定出量子密钥，从而发送装置1107使用量子密钥对业务信息进行加密，并将加密后的业务信息发送给接收装置1108，接收装置1108使用确定出的量子密钥对该业务信息进行解密，从而得到业务信息。

从上述内容可以看出：由于经典光信号的波长处于l波段和/或c波段，量子光信号的波长处于s波段，因此经典光信号的波段的波长大于量子光信号的波段的波长，因此，量子光信号可位于反斯托克斯散射区，又由于反斯托克斯散射区的散射强度较小，因此可有效减少量子光信号所受到的拉曼噪声的影响程度，从而提高了通过一根光纤混传经典光信号和量子光信号时量子光信号的 质量。

图3示例性示出了本发明实施例提供的一种用于量子通信的发送装置1107的结构示意图。

基于相同构思，本发明实施例提供一种用于量子通信的发送装置1107，如图3所示，该发送装置1107包括经典光信号发送机2101、量子光信号发送机2103、第一耦合单元1103、发送单元3101：

经典光信号发送机2101，用于生成待处理光信号；

量子光信号发送机2103，用于生成量子光信号；其中，待处理光信号中至少包括经典光信号；量子光信号的波长处于s波段；

第一耦合单元1103，用于将待处理光信号和量子光信号耦合，得到耦合后光信号；

发送单元3101，用于通过光纤发送耦合后光信号。

可选地，经典光信号的波长处于以下内容中的任一种：c波段；l波段；l波段和c波段。

可选地，第一耦合单元1103，具体用于：

通过位于光纤2109上的s波段耦合器2105，将在光纤2109中的第一子光纤2107上传输的待处理光信号和在光纤2109中的第二子光纤2108上传输的量子光信号耦合，得到耦合后光信号。

可选地，经典光信号发送机2101，具体用于：

生成经典光信号，并

通过voa，对生成的经典光信号进行衰减，得到待处理光信号。

可选地，待处理光信号还包括监控光信号，其中，监控光信号位于l波段；

经典光信号发送机2101，具体用于：

生成经典光信号和监控光信号，并

通过voa，对生成的经典光信号进行衰减，得到衰减后经典光信号；

通过l波段和c波段合波器2206将衰减后的经典光信号和监控光信号耦 合，得到待处理光信号。

可选地，存在多个不同波长的子经典光信号时：

经典光信号发送机2101，具体用于：

通过第一耦合器或合波器2204，将多个子经典光信号耦合，得到经典光信号；其中，合波器满足以下条件：

多个子经典光信号中包括波长处于c波段的子经典光信号，合波器为c波段合波器；

多个子经典光信号中包括波长处于l波段的子经典光信号，合波器为l波段合波器；

多个子经典光信号中包括波长处于c波段的子经典光信号和波长处于l波段的子经典光信号，合波器为c波段和l波段合波器。

可选地，存在多个不同波长的子量子光信号时：

量子光信号发送机2103，具体用于：

通过第二耦合器或s波段合波器2404，将多个子量子光信号耦合，得到量子光信号。

从上述内容可以看出：本发明实施例中，由于经典光信号的波长处于l波段和/或c波段，量子光信号的波长处于s波段，因此经典光信号的波段的波长大于量子光信号的波段的波长，因此，量子光信号可位于反斯托克斯散射区，又由于反斯托克斯散射区的散射强度较小，因此可有效减少量子光信号所受到的拉曼噪声的影响程度，从而提高了通过一根光纤混传经典光信号和量子光信号时量子光信号的质量。

图4示例性示出了本发明实施例提供的一种用于量子通信的接收装置1108的结构示意图。

基于相同构思，本发明实施例提供一种用于量子通信的接收装置1108，如图4所示，该接收装置1108包括经典光信号接收机2102、量子光信号接收机2104、第二耦合单元1104、接收单元4101：

接收单元4101，用于通过光纤接收发送装置1107发送的耦合后光信号；其中，耦合后光信号包括待处理光信号和量子光信号；待处理光信号中至少包括经典光信号；量子光信号的波长处于s波段；

第二耦合单元1104，用于从耦合后光信号中确定出待处理光信号和量子光信号；

经典光信号接收机2102，用于接收第二耦合单元1104输出的待处理光信号，并从待处理光信号中确定出经典光信号；

量子光信号接收机2104，用于接收第二耦合单元1104输出的量子光信号，并进行处理。

可选地，经典光信号的波长处于以下内容中的任一种：c波段；l波段；l波段和c波段。

可选地，第二耦合单元1104，具体用于：

通过位于光纤2109上的s波段带通滤波器2106，将耦合后光信号中的量子光信号分离至在光纤2109中的第四子光纤2111；并将耦合后光信号中的待处理光信号分离至光纤2109中的第三子光纤2110进行处理，从待处理光信号中确定出经典光信号。

可选地，s波段带通滤波器2106的带宽范围为0.1nm至70nm。

可选地，经典光信号接收机2102，具体用于：

通过oa，对待处理光信号进行放大，得到经典光信号。

可选地，其特征在于，待处理光信号还包括监控光信号，其中，监控光信号位于l波段；

经典光信号接收机2102，具体用于：

通过l波段和c波段分波器2306，对待处理光信号进行分波，得到监控光信号和分波后光信号；

通过oa，对分波后光信号进行放大，得到经典光信号。

可选地，存在多个不同波长的子经典光信号时：

经典光信号接收机2102，还用于：

通过分波器2304，对经典光信号进行分波处理，得到经典光信号中包括的多个子经典光信号；其中，分波器满足以下条件：

多个子经典光信号中包括波长处于c波段的子经典光信号，分波器为c波段分波器；

多个子经典光信号中包括波长处于l波段的子经典光信号，分波器为l波段分波器；

多个子经典光信号中包括波长处于c波段的子经典光信号和波长处于l波段的子经典光信号，分波器为c波段和l波段分波器。

可选地，存在多个不同波长的子量子光信号时：

量子光信号接收机2104，还用于：

通过s波段分波器2504，对量子光信号进行分波处理，得到量子光信号中包括的多个子量子光信号。

可选地，s波段分波器的每个子带的带宽范围为0.1nm至5nm。

从上述内容可以看出：由于经典光信号的波长处于l波段和/或c波段，量子光信号的波长处于s波段，因此经典光信号的波段的波长大于量子光信号的波段的波长，因此，量子光信号可位于反斯托克斯散射区，又由于反斯托克斯散射区的散射强度较小，因此可有效减少量子光信号所受到的拉曼噪声的影响程度，从而提高了通过一根光纤混传经典光信号和量子光信号时量子光信号的质量。

本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、cd-rom、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品 的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。