一种基于EA驱动电路的诱骗态制备装置的制作方法

本实用新型涉及量子通信技术领域，更具体涉及一种基于EA驱动电路的诱骗态制备装置。

背景技术：

量子密钥分发(Quantum Key Distribution,QKD)可以为分隔两地的用户提供无条件安全的共享密钥，虽在理论上具有无条件安全性，但需要的是理想的单光子源来制备偏振态，由于目前的技术限制，无法实现真正的单光子源，只能寻求替代品。弱相干态易于实现，且使用弱相干态光源的QKD协议安全性已被证明，因此经常被用于许多理论与实际的系统中。但在信道损耗很大的情况下，(窃听者)Eve可以通过光子数分离(photon-number-splitting,PNS)攻击获取(接收端)Bob筛后密钥的全部信息。

PNS攻击就是指窃听者Eve监测信道中所有脉冲的光子数，将所有单光子的脉冲阻断，而保留n光子脉冲中的一个光子，将剩余的n-1个光子发送给Bob。Eve等到(发送端)Alice和Bob通过经典信道公布的密钥信息之后，可以相应地测量自己所保留的量子态，因此可以获得全部信息而不使合法的通信双方所察觉。为了抵御使用弱相干态时的PNS攻击，2003年Hwang提出了诱骗态思想，在2005年H.K.Lo等人和X.B.Wang分别将之发展成为一套成熟的方法。假设Alice向Bob发送多个强度的光脉冲，只有一个是信号态，其余都是诱骗态，由于窃听者Eve无法辨别n光子态是来源于信号态还是诱骗态，它们的n光子态的计数率Yn和误码率en只依赖于光子数，因此Eve仅仅通过测量光子数无法区分信号态和诱骗态，而如果存在PNS攻击会改变Yn和en，从而会被发现。

现有制备诱骗态的方案主要有两种，一种是采用多激光器方案，如图1所示，一个激光器用来产生信号态光脉冲，另一个激光器的输出经过调制后产生诱骗态光脉冲，然后再通过光纤合束器耦合至同一根光纤输出信号，从而实现了两种强度光脉冲的随机切换。使用该方法不仅结构复杂，器件较多、光调制器价格昂贵、体积较大，还要求较为精确的时间同步，易引入额外的误差，而且强度调制器在不同的强度调制下对输入光的偏振及波长会产生不同的影响，以致输出的两束光偏振态不一致，影响量子密钥的最终误码率。

另一种是采用外调制单激光器方案，如图2所示，激光器与光调制器连接，驱动信号控制激光器产生信号态光脉冲，再经过光调制器的处理后，输出诱骗态光脉冲。虽然可以解决时间同步的问题，但外调制使用光调制器价格昂贵、体积较大、系统结构设计复杂。

现有的DFB激光器输出功率一般都在mW量级，如果要实现输出功率的衰减通常需要在激光器外部光路中添加功率衰减装置，即便如此也不能实现实时的功率衰减，这大大限制了该结构DFB激光器的应用场合。并且采用的多激光器方案，成本高，功耗大，整体结构安装复杂，时钟同步难，易引入额外误差，且需要设计的驱动电路也比较多，两个激光器的光学特性难以保持一致。而采用的外调制单激光器，光调制器价格昂贵、体积大、功耗高、不易安装。另外，光强度调制器在不同的强度调制下对输入光脉冲的偏振及波长会产生不同的影响，以致输出的两束光偏振态不一致，会影响量子密钥的最终误码率。

技术实现要素：

本实用新型所要解决的技术问题在于现有制备诱骗态光脉冲的结构复杂、体积大、成本高的问题。

本实用新型是通过以下技术方案解决上述技术问题的，具体技术方案如下：

一种基于EA驱动电路的诱骗态制备装置，包括：电吸收调制激光器、比较电路、高速光调制器驱动器，比较电路的输出端与高速光调制器驱动器的输入端连接，高速光调制器驱动器的输出端与电吸收调制激光器的驱动端连接，其中，比较电路与高速光调制器驱动器连接形成EA驱动电路，比较电路的输入端输入高速驱动信号。

更进一步地，所述电吸收调制激光器主要由DFB激光器和电吸收调制器构成，所述高速光调制器驱动器的输出端与所述电吸收调制器的驱动端连接，即电吸收调制器的驱动端作为电吸收调制激光器的驱动端，所述DFB激光器与所述电吸收调制器进行集成。

更进一步地，所述电吸收调制激光器的外围矩形是蝶形封装外壳，即DFB激光器与所述电吸收调制器在蝶形封装内集成。

更进一步地，所述DFB激光器的输入端输入脉冲驱动电压。

更进一步地，所述高速光调制器驱动器的输出端输出射频脉冲驱动电压。

更进一步地，所述电吸收调制激光器还包括第八电阻R8、制冷器、光电二极管、热敏电阻、光频隔离器，电吸收调制激光器内部的热敏电阻的引出电吸收调制激光器的第一引脚和第二引脚，DFB激光器的正极引出电吸收调制激光器的第三引脚，DFB激光器的负极与电吸收调制器的负极连接，DFB激光器与电吸收调制器的连接点接地，第八电阻R8的一端与电吸收调制器的正极连接，电阻R8的另一端接地，电吸收调制器的正极引出电吸收调制激光器的第十二引脚，光电二极管的正极引出电吸收调制激光器的第四引脚，光电二激光管的负极引出电吸收调制激光器的第五引脚，制冷器引出电吸收调制激光器的第六引脚与第七引脚，电吸收调制激光器通过光纤输出。

更进一步地，所述比较电路包括比较器、第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4、第一电容C1、第二电容C2，比较器的第二引脚和第三引脚分别通过第一电阻R1、第二电阻R2输入高速驱动信号，比较器的第六引脚、第十四引脚分别通过第三电阻R3、第四电阻R4接负电源，比较器的第五引脚、第十六引脚接正电源，第一电容C1、第二电容C2的一端与比较器的第五引脚、第十六引脚连接，第一电容C1、第二电容C2的另一端接地，比较器的第十引脚、第十一引脚与高速光调制器驱动器的输入端连接,比较器的第十三引脚接负电源，比较器的第七引脚、第八引脚、第九引脚、第十二引脚和第十五引脚接地。

更进一步地，所述高速光调制器驱动器的第一引脚与第二引脚分别与比较器的第十一引脚和第十引脚连接，所述高速光调制器驱动器的第十五引脚与电吸收调制激光器连接，所述高速光调制器驱动器的第十六引脚通过第七电阻R7接地。

更进一步地，所述正电源为正5V，所述负电源为负5V。

更进一步地，所述高速光调制器驱动器内部集成脉宽控制电路。

本实用新型相比现有技术具有以下优点：

本实用新型中设计EA驱动电路，控制电吸收调制激光器的内部EA，实现了对电吸收调制激光器内部的控制，调制电吸收调制激光器输出所需的诱骗态光脉冲，并能实现实时对电吸收调制激光器输出功率不同衰减量的实时控制。该装置不需要额外的激光器，不会造成浪费信道、驱动等资源，同时也不容易引起额外误差；本装置实用性强，采用集成电吸收调制器的内调制方式，无需引入外调制器，装置简单，节省器件，成本低，体积小。

附图说明

图1为现有的制备诱骗态的结构示意图一。

图2为现有的制备诱骗态的结构示意图二。

图3为本实施例的一种基于EA驱动电路的诱骗态制备装置的结构示意图。

图4为本实施例的一种基于EA驱动电路的诱骗态制备装置的EA驱动电路的电路图。

图5为本实施例的一种基于EA驱动电路的诱骗态制备装置的电吸收调制激光器的内部结构示意图。

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。

如图3所示，一种基于EA驱动电路的诱骗态制备装置，包括：电吸收调制激光器、比较电路、高速光调制器驱动器，比较电路的输出端与高速光调制器驱动器的输入端连接，高速光调制器驱动器的输出端与电吸收调制激光器的驱动端连接，其中，比较电路与高速光调制器驱动器连接形成EA驱动电路，比较器的输入端输入高速驱动信号。其中，电吸收调制激光器主要由DFB激光器(Distributed Feedback Laser，分布式反馈激光器)和电吸收调制器EAM(Electro-absorption Modulator，电吸收调制器)构成，高速光调制器驱动器的输出端与电吸收调制器的驱动端连接，即电吸收调制器的驱动端作为电吸收调制激光器的驱动端，DFB激光器与电吸收调制器在蝶形封装内集成。所述DFB激光器的输入端输入脉冲驱动电压，所述高速光调制器驱动器的输出端输出射频脉冲驱动电压。脉冲驱动电压控制电吸收调制激光器的DFB激光器产生光脉冲，所产生的光脉冲经过EAM的调制以及EA驱动电路输出的射频脉冲驱动电压的控制后，由电吸收调制激光器输出为诱骗态脉冲。

如图4所示，比较电路与高速光调制器驱动器连接形成EA驱动电路，比较电路包括比较器、电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电容C1、电容C2，比较器的2引脚和3引脚分别通过电阻R1、电阻R2与一对高速差分驱动信号EML_EA_P和EML_EA_N连接，比较器的6引脚、14引脚分别通过电阻R3、电阻R4接负电源VCC_N，比较器的5引脚、16引脚接正电源VCC，电容C1、电容C2的一端与比较器的5引脚、16引脚连接，电容C1、电容C2的另一端接地，比较器的10引脚、11引脚与高速光调制器驱动器的输入端连接，比较器的13引脚接负电源VCC_N，比较器的7引脚、8引脚、9引脚、12引脚和15引脚接地，其中，正电源VCC为正5V，所述负电源VCC_N为负5V。

高速光调制器驱动器的1引脚与2引脚分别与比较器的11引脚和10引脚连接，高速光调制器驱动器的15引脚与电吸收调制激光器的EAM端连接，高速光调制器驱动器的16引脚通过电阻R7接地。

具体的，比较器连接的正电源接+5V并进行供电，其负电源接-5V，其上升/下降速度比较快，比较器的14引脚来控制电路中所需的迟滞量，并连接下拉电阻R4至负电源VCC-N，可以根据输入引脚6和引脚7上的电压差大小来切换超快速电压比较器的工作模式。高速光调制器驱动器，其内部集成的脉宽控制电路可以用来补偿调制器引入的脉宽失真，高速光调制器驱动器的15引脚输出的射频脉冲驱动电压EML_RF信号，实现了对电吸收调制激光器中内部EAM内部的EA控制，进入EAM的光会被转换成电流导致输出的光脉冲能量降低，电吸收调制激光器输出所需的诱骗态光脉冲，经过调制后的诱骗态强度为信号态的三分之一。

如图5所示，电吸收调制激光器(Electro-absorption Modulated Distributed Feedback Laser,EML)的外围矩形是蝶形封装外壳，高速光调制器驱动器的15引脚与电吸收调制激光器的12引脚连接，即与电吸收调制激光器的EAM进行连接。

具体的，Pin1～Pin14分别是电吸收调制激光器的14个引脚，电吸收调制激光器包括激光器(Laser anode，LD)、EAM、电阻R8、制冷器(Thermoelectric cooler，TEC)、光电二极管、热敏电阻、光频隔离器等器件，图中的LD为DFB激光器，电吸收调制激光器内部的热敏电阻引出电吸收调制激光器的引脚1和引脚2，激光器的正极引出电吸收调制激光器的引脚3，激光器的负极与EAM的负极连接，激光器与EAM的连接点接地，电阻R8的一端与EAM的正极连接，电阻R8的另一端接地，EAM的正极引出电吸收调制激光器的引脚12，引脚4与引脚5通过光电二极管连接，光电二极管的正极引出电吸收调制激光器的引脚4，光电二激光管的负极引出电吸收调制激光器的引脚5，TEC引出电吸收调制激光器的引脚6与引脚7，电吸收调制激光器通过光纤输出，其中电吸收调制激光器的其他引脚直接引出。

具体的，通常该型电吸收调制激光器在电压驱动下，会有恒定功率的激光输出，使偏置电流通过DFB激光器，DFB激光器发出的光一部分会进入背光检测模块由光电二极管转换成电流，可作为自动光功率控制的反馈量，另一部分光进入电吸收调制模块中，其中一些会被EAM转换成电流，其他的光则通过光频隔离器后形成输出光。同时DFB激光器内部的温度控制模块中的热敏电阻用于探测电吸收调制激光器的实时温度，作为自动温度控制的反馈量，通过控制内部制冷器的电压差来保证电吸收调制激光器内部温度持续在预期范围内。在电压驱动下EAM将产生功率衰减，同时可以通过写入程序来控制加在EAM两端的电压来实现不同的功率衰减量。因此，当DFB激光器发出的激光通过电压可调节的EAM时，则可实现输出激光不同衰减量的实时控制。因此该电路就是在控制EAM电吸收调制光能量的多少，从而实现诱骗态光脉冲的制备，其中DFB激光器的中心波长为1550nm，脉宽较窄，频率响应也比较快。

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。