双边带干涉的相位编码量子密钥分发系统及方法_2

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高了光纤网络的使用效率。
【附图说明】
[0024]图1是基于B92协议下的两边带干涉的实验装置图。
[0025]图2是扫描FP腔得到的发送方(或接收方)的两个调制边带的示意图。
[0026]图3是边带光强衰减到单光子量级,用单光子探测器测量光栅透过的任意一个边带(2.6GHz或者6.0GHz)的干涉强度随相位差的变化图。
[0027]图中:1-信号光激光器,2-第一强度调制器,3-第二强度调制器,4-光衰减器,5-第一波分复用器,6-光纤,7-第二波分复用器,8-偏振控制器,9-相位调制器,10-第一环形器,11-第一光栅,12-第一单光子探测器,13-第二环形器,14-第二光栅,15-第二单光子探测器,16-第三环形器,17-第三光栅,18-第三单光子探测器,19-同步光激光器,20-第三强度调制器,21-光探测器,22-电放大器,23-第一 FPGA,24-DG645,25-第一射频源,26-第一开关,27-第一移相器,28-第二移相器,29-第一合束器,30-第一电衰减器,31-第二射频源,32-第二开关,33-第三移相器,34-第四移相器,35-第二合束器,36-第二电衰减器,37-第三合束器,38-第二 FPGA,39-第三射频源,40-第三开关,41-第五移相器,42-第六移相器,43-第四合束器,44-第三电衰减器,45-第四射频源,46-第四开关,47-第七移相器,48-第八移相器,49-第五合束器,50-第四电衰减器,51-第六合束器。
【具体实施方式】
[0028]下面结合附图对本发明的具体实施例进行详细说明。
[0029]一种双边带干涉的相位编码量子密钥分发系统,包括发送方和接收方,如图1所示,包括第一 FPGA 23,所述第一 FPGA 23的一输出端与DG645 24外触发端口连接,所述DG645 24的输出端口与第一强度调制器2的控制端连接,所述第一强度调制器2的输入端与信号光激光器I的输出端连接。
[0030]所述第一 FPGA 23的二输出端与第一开关26的控制端连接,所述第一开关26的输入端与第一射频信号源25的输出端连接,所述第一开关26的两输出端分别与第一移相器27的输入端和第二移相器28的输入端连接,第一移相器27的输出端和第二移相器28的输出端通过第一合束器29合在一起后与第一电衰减器30连接。
[0031]所述第一 FPGA 23的三输出端与第二开关32的控制端连接,所述第二开关32的输入端与第二射频信号源31的输出端连接,所述第二开关32的两输出端分别与第三移相器33的输入端和第四移相器34的输入端连接,第三移相器33的输出端和第四移相器34的输出端通过第二合束器35合在一起后与第二电衰减器36连接。
[0032]第一电衰减器30的输出端和第二电衰减器36的输出端通过第三合束器37连接到第二强度调制器3的控制端;所述第二强度调制器3的输入端与第一强度调制器2的输出端连接,所述第二强度调制器3的输出端与光衰减器4的输入端连接。
[0033]所述第一 FPGA 23的四输出端与第三强度调制器20的控制端连接;第三强度调制器20的输入端与同步激光器19的输出端连接;所述光衰减器4的输出端和第三强度调制器20的输出端与第一波分复用器5的两输入端分别连接,所述第一波分复用器5的输出端与光纤6的输入端连接。
[0034]光纤6的输出端与第二波分复用器7的输入端连接,所述第二波分复用器7的一输出端与偏振控制器8的输入端连接;所述第二波分复用器7的二输出端与光电探测器21的输入端连接,所述光电探测器21的输出端与放大器22的输入端连接,所述放大器22的输出端与第二 FPGA 38的一输入端、第一单光子探测器12的触发端、第二单光子探测器15的触发端和第三单光子探测器18的触发端分别连接。
[0035]所述偏振控制器8的输出端与相位调制器9的输入端连接,所述相位调制器9的输出端与第一环形器10的一号端口连接,所述第一环形器10的二号端口与第一光栅11的输入端连接,所述第一光栅11的输出端与第一单光子探测器12的输入端连接;所述第一环形器10的三号端口与第二环形器13的一号端口连接,所述第二环形器13的二号端口与第二光栅14的输入端连接,所述第二光栅14的输出端与第二单光子探测器15的输入端连接;所述第二环形器13的三号端口与第三环形器16的一号端口连接,所述第三环形器16的二号端口与第三光栅17的输入端连接,所述第三光栅17的输出端与第三单光子探测器18的输入端连接。
[0036]第一单光子探测器12的输出端、第二单光子探测器15的输出端、第三单光子探测器18的输出端分别与第二 FPGA38的二输入端、三输入端、四输入端连接。
[0037]所述第二 FPGA 38的一输出端与第三开关40的控制端连接,所述第三开关40的输入端与第三射频信号源39的输出端连接,所述第三开关40的两输出端分别与第五移相器41的输入端、第六移相器42的输入端连接,第五移相器41的输出端和第六移相器42的输出端通过第四合束器43合在一起后与第三电衰减器44连接。
[0038]所述第二 FPGA 38的二输出端与第四开关46的控制端连接,所述第四开关46的输入端与第四射频信号源45的输出端连接,所述第四开关46的两输出端分别与第七移相器47的输入端、第八移相器48的输入端连接,第七移相器47的输出端和第八移相器48的输出端通过第五合束器49合在一起后与第四电衰减器50连接。
[0039]第三电衰减器44的输出端和第四电衰减器50的输出端通过第六合束器51连接到相位调制器9的控制端。
[0040]上述系统进行量子密钥分发,发送方信号光激光器I输出1550.12nm的单频激光进入第一强度调制器2,第一 FPGA 23触发DG645 24产生TTL信号加载到第一强度调制器2,从而把连续信号光斩成6ns脉宽的脉冲光。第一 FPGA 23控制第一开关26,使得第一射频源25输出的2.6GHz射频信号随机经过第一移相器27、第二移相器28中的一路,射频信号被随机移相O°或者90°,之后第一移相器27输出端和第二移相器28输出端通过第一合束器29合在一起,通过第一电衰减器30调节至恰当幅度;同时第一 FPGA 23控制第二开关32,使得第二射频源31输出的6.0GHz射频信号随机经过第三移相器33、第四移相器34中的一路,射频信号被随机移相0°或者90°,之后第三移相器33输出和第四移相器34输出通过第二合束器35合在一起,通过第二电衰减器36调节至恰当幅度,第一电衰减器30输出和第二电衰减器36输出通过第三合束器37合在一起连接到第二强度调制器3的控制端(偏压点设置为45°附近),使得信号光脉冲被第二强度调制器3调制产生+/-2.6GHz、+/-6.0GHz相位随机的调制边带,由于加载的调制深度很小,所以忽略二阶边带的影响。信号光脉冲经过衰减器4调节边带光强,使得对应于单光子探测器门宽内,边带上每脉冲平均光子数为一个光子,使得单光子脉冲占发射光脉冲的比例最大,从而最大化通信双方的安全信息量。第一 FPGA 23产生TTL信号加载到第三强度调制器20的控制端,使得同步光激光器19发出的同步光被斩成脉冲光。最终,信号光脉冲与同步光脉冲通过波分复用器5合在一起进入25km光纤6。精确调节各路信号的加载时刻,保证信号光脉冲被第二强度调制器3完全调制,同时满足同步光比信号光先到达接收方,使得接收端设备逐个依次探测信号光脉冲。
[0041]光脉冲经过25km光纤6传输后到达接收方,首先通过第二波分复用器7把同步光脉冲和信号光脉冲分开,同步光进入光电探测器21转换为电脉冲信号,再经过放大器22放大信号强度,之后经过不同的延时后依次触发第二 FPGA 38、第一单光子探测器12、第二单光子探测器15、第三单光子探测器18,使得相位调制器9能对信号光进行正确的调制,并且单光子探测器能够逐一探测。信号光脉冲首先进入偏振控制器8调节偏振对准相位调制器9的光轴,从而使得后路损耗降到最低。之后信号光脉冲被相位调制器9调制产生+/-2.6GHz,+/-6.0GHz相位随机的调制边带,随机相位的实现原理及方法与发送方一致。具体地,第二 FPGA 38控制第三开关40,使得第三射频源39输出的2.6GHz信号随机经过第五移相器41、第六移相器42中的一路,2.6GHz信号被随机移相180°或者270°,第五移相器41和第六移相器42的输出通过第四合束器43合在一起,经过第三电衰减器44调节到合适的幅度;同时第二 FPGA 38控制第四开关46,使得第四射频信号源45输出的6.0GHz射频信号随机经过第七移相器47、第八移相器48中的一路,6.0GHz信号被随机移相180°或者270°,第七移相器47和第八移相器48输出通过第五合束器49合在一起,之后经过第四电
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