时钟同步系统和方法技术方案

本发明专利技术涉及量子通信领域，提供一种时钟同步系统和方法。一种时钟同步系统，包括信号发送端和信号接收端；所述信号发送端包括第一激光脉冲发生器、第二激光脉冲发生器及光耦合模块；所述信号接收端包括光分离模块、光电转换模块、光探测模块；所述信号接收端用于接收所述耦合光信号、并根据所述耦合光信号的波长差异将所述耦合光信号进行分离、探测及分析。本发明专利技术通过信号发送端中光耦合模块对不同波长的激光进行耦合，至信号接收端，光分离模块根据波长的差异对耦合光信号进行分离，通过光探测模块的探测、处理。保证了时间基准不受光程差的影响，简化了电子学和配套软件的设计复杂度，避免了由于接收端光程变化对系统时间分辨带来的影响。

【技术实现步骤摘要】
时钟同步系统和方法
本专利技术涉及量子通信领域，特别是涉及一种时钟同步系统和方法。
技术介绍
目前量子通信中主要用的时钟同步方案为GPS时钟同步和电缆时钟同步。GPS卫星本身的原子精度虽然很高，但是提供给用户的GPS授时精度为100ns。对于远距离通信实验，尤其是基于自由空间信道的通信，因为大气中各种对流情况导致的大气局部折射率变化，所以会使导致射端到接收端的光程随之改变。而GPS时钟同步方案测量的是绝对时间，所以接收端引入的光程变化会对系统时间晃动带来一定的影响，从而造成时钟同步精度的下降。而电缆时钟同步则需要铺设电缆，通过精密可调延迟模块补偿两地电缆由于延迟导致的不一致，因此电缆时钟同步在应用中会有诸多不便，并不是在所有的应用场合中都适合铺设电缆，并且铺设电缆的费用也不菲。
技术实现思路
基于此，有必要针对光程变化导致精度下降、成本高、应用场合比较局限等问题，提供一种时钟同步系统和方法。一种时钟同步系统，包括信号发送端和信号接收端；所述信号发送端包括第一激光脉冲发生器、第二激光脉冲发生器及光耦合模块；所述第一激光脉冲发生器用于辐射预设波长的通信信号光；所述第二激光脉冲发生器用于辐射波长与所述通信信号光的预设波长之间相差至少100nm的时基信号光；所述光耦合模块用于将所述通信信号光和所述时基信号光进行耦合并输出耦合光信号；所述信号接收端包括光分离模块、光电转换模块、光探测模块；所述信号接收端用于接收所述耦合光信号、并根据所述耦合光信号的波长差异将所述耦合光信号进行分离、探测及分析；所述光分离模块用于将所述耦合光信号根据波长的差异分离成所述通信信号光和所述时基信号光；所述光电转换模块用于接收分离后的所述时基信号光、并将所述时基信号光转换成电信号输出；所述光探测模块用于探测并分析所述电信号和所述通信信号光以获取所述通信信号光在所述信号发送端的发射时间点。在其中一个实施例中，所述信号发送端还包括信息编码器，所述信息编码器用于将需要发送的信息编码至所述通信信号光上。在其中一个实施例中，所述光探测模块包括光探测器和处理单元；所述光探测器用于探测所述电信号和所述通信信号光；所述处理单元与所述光探测器连接，用于分析处理所述光探测器探测到的所述电信号和所述通信信号光以获取所述通信信号光在所述信号发送端的发射时间点。在其中一个实施例中，所述信号接收端还包括滤波器、锁相放大器模块及信息解码器；所述滤波器位于所述光分离模块与所述光探测器之间，用于过滤所述通信信号光中的杂散光；所述锁相放大器模块位于所述光电转换模块与所述光探测器之间，用于接收并放大转换后的所述电信号；所述信息解码器用于将所述通信信号光携带的信息进行解码分析。在其中一个实施例中，所述时基信号光的预设波长为700nm～750nm，所述通信信号光的预设波长为800nm～850nm。在其中一个实施例中，所述光分离模块、所述光耦合模块均为双色镜。在其中一个实施例中，所述时基信号光与所述通信信号光之间的重复频率相差至少两个数量级。一种时钟同步方法，基于一种时钟同步系统，所述时钟同步系统包括信号发送端和信号接收端；所述时钟同步方法包括：在信号发送端采用波长与通信信号光的预设波长之间相差至少100nm、并满足预设条件的光脉冲作为时基信号光；将所述时基信号光耦合至所述通信信号光所在的光路、并输出耦合光信号；在信号接收端将所述耦合光信号根据波长的差异分离成所述通信信号光和所述时基信号光；将所述时基信号光转换成电信号并输出；根据所述电信号和所述通信信号光获取所述通信信号光在所述信号发送端的发射时间点。在其中一个实施例中，所述根据所述电信号获取所述通信信号光在所述信号发送端的发射时间点的步骤，包括：根据所述时基信号光的重复频率，将所述电信号分割成预设数量级的时间单元；根据接收到的所述通信信号光与前一个时间单元的时间间隔来获取所述通信信号光在所述信号发送端的发射时间点。在其中一个实施例中，所述时基信号光的预设条件包括：重复频率满足能够根据实际传输过程中的传输总损耗和所述通信信号光的重复频率进行改变；功率满足能够被信号接收端探测到、同时不会使光探测器过饱和；脉冲宽度满足能够超过光探测器的接收响应速度。上述时钟同步系统和方法，在信号发送端通过光耦合模块对不同波长的激光进行耦合，至信号接收端，光分离模块根据波长的差异对耦合光信号进行分离成通信信号光和时基信号光，再通过光电转换模块对时基信号光的转换输出至光探测模块，然后光探测模块进行探测、处理。保证了时间基准不受光程差的影响，简化了电子学和配套软件的设计复杂度，避免了由于接收端光程变化对系统时间分辨带来的影响。通过对时基信号光的重复频率、脉冲宽度、功率的调制，使得可以尽可能小的减小对通信信号光产生的干扰。进一步地，通过增加滤波器和锁相放大模块，使得获取的结果更加的精准、可靠，并且由于不需要铺设电缆，所以成本相对较低，并且在量子通信领域具有普适性。附图说明图1为一实施例中的时钟同步系统的结构示意图；图2为另一实施例中的时钟同步系统的结构示意图；图3为一实施例中的时钟同步方法流程图；图4为图3中步骤S500的具体实现方法流程图。附图标记说明：10：信号发送端；100：第一激光脉冲发生器；110：第二激光脉冲发生器；120：光耦合模块；130：信息编码器；20：信号接收端；200：光分离模块；210：光电转换模块；220：光探测模块；230：滤波器；240：锁相放大器模块；250：信息解码器。具体实施方式为了便于理解本专利技术，下面将参照相关附图对本专利技术进行更全面的描述。附图中给出了本专利技术的较佳实施方式。但是，本专利技术可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施方式。相反地，提供这些实施方式的目的是使对本专利技术的公开内容理解的更加透彻全面。除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本专利技术的
的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本专利技术的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本专利技术。请参照图1，为一实施例中的时钟同步系统的结构示意图。一种时钟同步系统，可以包括：信号发送端10和信号接收端20。其中，信号发送端10用于发送不同波长的激光脉冲、并将不同波长的激光脉冲进行耦合输出。信号发送端10可以包括：第一激光脉冲发生器100，第二激光脉冲发生器110和光耦合模块120。信号接收端20用于接收耦合光信号、并根据耦合光信号的波长差异将耦合光信号进行分离、探测及分析。信号接收端20用于接收耦合信号接收端20可以包括：光分离模块210，光电转换模块220，光探测模块200。在一个实施例中，信号发送端10可以包括：第一激光脉冲发生器100，第二激光脉冲发生器110和光耦合模块120。可以理解，第一激光脉冲发生器100用于辐射预设波长的通信信号光；第一激光脉冲发生器100可以选择二极管激光器(LD)，LD具有高效率、结构简单、体积小、重量轻等优点，当然，还可以是其他的激光发生器，例如，二氧化碳激光器，Nd：YAG激光器。通信信号光可以是1550nm也可以是800nm(或者850nm)的量子信号光，1550nm适用于光纤通信，800nm(850nm)的信号光适用于自由空间通信。由于本专利技术所涉及的是自由空间内的通本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种时钟同步系统，其特征在于，包括信号发送端和信号接收端；所述信号发送端包括第一激光脉冲发生器、第二激光脉冲发生器及光耦合模块；所述第一激光脉冲发生器用于辐射预设波长的通信信号光；所述第二激光脉冲发生器用于辐射波长与所述通信信号光的预设波长之间相差至少100nm的时基信号光；所述光耦合模块用于将所述通信信号光和所述时基信号光进行耦合并输出耦合光信号；所述信号接收端包括光分离模块、光电转换模块、光探测模块；所述信号接收端用于接收所述耦合光信号、并根据所述耦合光信号的波长差异将所述耦合光信号进行分离、探测及分析；所述光分离模块用于将所述耦合光信号根据波长的差异分离成所述通信信号光和所述时基信号光；所述光电转换模块用于接收分离后的所述时基信号光、并将所述时基信号光转换成电信号输出；所述光探测模块用于探测并分析所述电信号和所述通信信号光以获取所述通信信号光在所述信号发送端的发射时间点。

【技术特征摘要】
1.一种时钟同步系统，其特征在于，包括信号发送端和信号接收端；所述信号发送端包括第一激光脉冲发生器、第二激光脉冲发生器及光耦合模块；所述第一激光脉冲发生器用于辐射预设波长的通信信号光；所述第二激光脉冲发生器用于辐射波长与所述通信信号光的预设波长之间相差至少100nm的时基信号光；所述光耦合模块用于将所述通信信号光和所述时基信号光进行耦合并输出耦合光信号；所述信号接收端包括光分离模块、光电转换模块、光探测模块；所述信号接收端用于接收所述耦合光信号、并根据所述耦合光信号的波长差异将所述耦合光信号进行分离、探测及分析；所述光分离模块用于将所述耦合光信号根据波长的差异分离成所述通信信号光和所述时基信号光；所述光电转换模块用于接收分离后的所述时基信号光、并将所述时基信号光转换成电信号输出；所述光探测模块用于探测并分析所述电信号和所述通信信号光以获取所述通信信号光在所述信号发送端的发射时间点。2.根据权利要求1所述的时钟同步系统，其特征在于，所述信号发送端还包括信息编码器，所述信息编码器用于将需要发送的信息编码至所述通信信号光上。3.根据权利要求1所述的时钟同步系统，其特征在于，所述光探测模块包括光探测器和处理单元；所述光探测器用于探测所述电信号和所述通信信号光；所述处理单元与所述光探测器连接，用于分析处理所述光探测器探测到的所述电信号和所述通信信号光以获取所述通信信号光在所述信号发送端的发射时间点。4.根据权利要求1所述的时钟同步系统，其特征在于，所述信号接收端还包括滤波器、锁相放大器模块及信息解码器；所述滤波器位于所述光分离模块与所述光探测器之间，用于过滤所述通信信号光中的杂散光；所述锁相放大器模块位于所述光电转换模块与所述光探测器之间，用于接收并放大转...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨彬，郑渚，丁庆，
申请(专利权)人：深圳市太赫兹科技创新研究院有限公司，华讯方舟科技有限公司，
类型：发明
国别省市：广东,44