双工量子密钥分发系统中使用的量子密钥分发装置制造方法及图纸

一种双工量子密钥分发系统中使用的量子密钥分发装置，其同步光装置的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。本实用新型专利技术还公开了两种简化的QKD装置。本实用新型专利技术具有以下优点：通过常用光学器件之间的连接构成光路，可以通过配对两台本实用新型专利技术的QKD装置，实现用一路同步光进行双工QKD，具有简便易行的特点。

【技术实现步骤摘要】

本技术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中使用的量子密钥分发装置。
技术介绍
双工量子密钥分发(QuantumKeyDistribution，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。
技术实现思路
本技术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中使用的量子密钥分发装置。本技术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中使用的量子密钥分发装置，QKD装置的同步光装置包括晶振、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。本技术还提供另一种更简便的双工量子密钥分发系统中使用的量子密钥分发装置，该量子密钥分发装置只能作为同步光发送方，QKD装置的同步光装置包括晶振、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。本技术还提供另一种更简便的双工量子密钥分发系统中使用的量子密钥分发装置，该量子密钥分发装置只能作为同步光接收方，无法发送同步光，QKD装置的同步光装置包括晶振、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。上述三个技术方案中，优化的，所述光开关为1*2矩阵型光开关。上述三个技术方案中，优化的，所述光分束器的分光比例为9:1。本技术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，可以通过配对两台本技术的QKD装置，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是本技术实施例一的单台QKD装置方案图；图4是本技术实施例一的两条QKD链路使用一路同步光进行同步的方案图；图5是本技术实施例一的双工QKD系统接收控制系统控制示意图；图6是本技术实施例二的双工QKD系统-L的方案图；图7是本技术实施例二的双工QKD系统-R的方案图；图8是本技术实施例二的双工QKD系统接收控制系统控制示意图。具体实施方式下面对本技术的实施例作详细说明，本实施例在以本技术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，但本技术的保护范围不限于下述的实施例。本技术本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种双工量子密钥分发系统中使用的量子密钥分发装置，其特征在于，QKD装置的同步光装置包括晶振、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。

【技术特征摘要】
1.一种双工量子密钥分发系统中使用的量子密钥分发装置，其特征在于，QKD装置的同步光装置包括晶振、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。2.根据权利要求1所述的双工量子密钥分发系统中使用的量子密钥分发装置，其特征在于，所述光开关为1*2矩阵型光开关。3.根据权利要求1所述的双工量子密钥分发系统中使用的量子密钥分发装置，其特征在于，所述光分束器的分光比例为9:1。4.一种双工量子密钥分发系统中使用的量子密钥分发装置，其特征在于，QKD装置的同步光装置包括晶振、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...

【专利技术属性】
技术研发人员：姚海涛，贾云，唐世彪，
申请(专利权)人：上海国盾量子信息技术有限公司，科大国盾量子技术股份有限公司，
类型：新型
国别省市：上海;31