基于波分复用的波长路由量子密钥分发网的中心节点构建制造技术

本实用新型专利技术公开了一种基于波分复用的波长路由量子密钥分发网的中心节点的构建，包括n个发射单元和合波器，每个发射单元输出端均与合波器输入端连接，发射单元由脉冲激光器、不等臂MZ干涉器和可调衰减器依次串联而成，每个可调衰减器输出端均与合波器输入端连接。本实用新型专利技术的有益效果是：与已有的波长路由QKD网络相比，中心节点在用户工作频率和器件参数不变的条件下，将网络平均待筛密钥生成率近似提高了n倍。

【技术实现步骤摘要】
基于波分复用的波长路由量子密钥分发网的中心节点构建
本技术属于量子密钥分发
，具体涉及一种基于波分复用的波长路由量子密钥分发网的中心节点构建。
技术介绍
在量子测量塌缩性、量子不可克隆性和海森堡测不确定原理的作用下，量子密钥分发理论上具有绝对的安全保密性。目前，量子密钥分发(QuantumKeyDistribution，QKD)多借助光子进行。如何在城市范围内，利用光纤网络实现一个中心节点和多个用户之间的QKD，是研究热点之一。目前已经提出的中心节点和多个用户之间的QKD网，按照网络拓扑结构，主要有波长路由网，总线网和环形网等等。已有的波长路由QKD网拓扑结构如图1所示。在该网络中，中心节点Alice是网络控制者，众多Bob用户(Bob1，Bob2……Bobn)，通过共用的长距离光纤与Alice连接。Alice配备有波长可调的脉冲激光器，而每一个Bob用户都被分配了自己的工作光波长。Alice发出的光子经过量子信道光纤首先到达分波器，然后经过分波器的选择，被送往对应波长的Bob用户。Alice通过调整激光器的工作波长与不同的Bob用户协同工作，生成密钥。Alice和Bob用户之间生成密钥可采用BB84协议，编码方式是相位编码。另外中心节点Alice与Bob用户之间的经典信道光纤用于Alice和Bob之间进行公开通信。Alice中的控制电路用于控制可调脉冲激光器和不等臂Mach-Zehnder(MZ)干涉器。这种网络适合于城市中众多Bob用户(Bob1，Bob2……Bobn)相对集中，但与中心节点Alice相距较远的情况。在图1所示的QKD网络中，由于采用的是时分复用技术，同一个时间，Alice只能与一个Bob用户进行密钥生成。不能满足多个Bob用户同时生成密钥的需求。
技术实现思路
本技术的目的是提供一种基于波分复用的波长路由量子密钥分发网的中心节点构建，解决了现有波长路由QKD网中多个用户不能同时与中心节点生成密钥、整个网络平均待筛密钥生成率低的问题。本技术所采用的技术方案是，基于波分复用的波长路由量子密钥分发网的中心节点构建，包括n个发射单元和合波器，每个发射单元输出端均与合波器输入端连接，发射单元由脉冲激光器、不等臂MZ干涉器和可调衰减器依次串联而成，每个可调衰减器输出端均与合波器输入端连接。本技术的特点还在于，合波器输出端通过长途光纤与分波器输入端相连。分波器输出端连接n个用户。脉冲激光器工作在光纤通信的C波段。合波器采用无源合波器。n个发射单元的脉冲激光器同时输出n个波长互不相同的光脉冲，n个光脉冲的波长分别为λ1,λ2……λn，n个发射单元分别使用n个光脉冲同时与n个用户分别进行密钥生成。本技术的有益效果是：与已有的波长路由QKD网络相比，中心节点可与n个用户同时生成密钥，从而在用户工作频率和器件参数不变的条件下，将网络平均待筛密钥生成率近似提高了n倍。附图说明图1是现有的波长路由QKD网的结构简图；图2是本技术基于波分复用的波长路由量子密钥分发网的中心节点构建的结构图。图中，1.脉冲激光器，2.不等臂MZ干涉器，3.可调衰减器，4.合波器，5.分波器。具体实施方式下面结合附图和具体实施方式对本技术进行详细说明。本技术基于波分复用的波长路由量子密钥分发网的中心节点构建，如图2所示，中心节点Alice包括n个发射单元和合波器4，每个发射单元输出端均与合波器4输入端连接，n个发射单元均由脉冲激光器1、不等臂MZ干涉器2和可调衰减器3依次串联而成，每个可调衰减器3输出端均与合波器4输入端连接。合波器4输出端通过长途光纤连接分波器5的输入端，分波器5输出端连接有n个用户。脉冲激光器1工作在光纤通信的C波段。合波器4采用无源合波器。n个发射单元的脉冲激光器1同时输出n个波长互不相同的光脉冲，n个光脉冲的波长分别为λ1,λ2……λn，n个发射单元分别使用n个光脉冲同时与n个用户分别进行密钥生成。如图2所示，中心节点Alice与用户之间有两个通道相连，一个是长距离光纤构成的量子信道，用于传输中心节点Alice发出的光脉冲。另一个是经典信道，它就是传统的长距离光纤通信信道，用于中心节点Alice和Bob用户之间进行公开通信。中心节点Alice中的计算机和控制电路用于控制发射单元和通信。每个发射单元与对应的Bob用户之间进行量子密钥生成的协议为BB84协议，编码方式为相位编码。中心节点Alice与n个Bob用户的协同工作方式如下：Alice的n个发射单元同时发射n个波长互不相同的光脉冲，它们的波长分别为λ1,λ2……λn，每个波长对应一个用户。光脉冲经过不等臂MZ干涉器2调制和可调衰减器3后，通过合波器4耦合进长距离光纤，传输到达分波器5。分波器5按照波长的不同将光脉冲同时送往n个不同的用户，于是中心节点Alice可同时与n个用户(Bob1，Bob2……Bobn)按照BB84协议进行协同工作生成密钥。脉冲激光器波长的选择：因为光纤在C波段(1530nm～1565nm)的衰耗比其他波段要低，所以中心节点Alice中脉冲激光器1的工作窗口选择为光纤通信的C波段。合波器的选择：由于量子的不可克隆特性，所以合波器4需要选择无源合波器。中心节点Alice的调试方法：一方面由于使用了合波器4，引入了插入损耗；另一方面，因为目前的脉冲激光器1还不是真正的单光子激光器，所以在中心节点Alice中的发射单元中采用了可调衰减器3，其作用在于将激光脉冲衰减为弱相干光。为了化解合波器4插入损耗对密钥生成率的影响，在调试中心节点Alice时，按照下述方法进行：对中心节点Alice中的每一个发射单元单独进行调试，同时在合波器4输出端测量该发射单元发射的光脉冲强度。通过调整发射单元中的可调衰减器3，使得在合波器4输出的该波长光脉冲强度下降到所需(如：脉冲中光子数泊松分布的均值μ＝0.1)。这样合波器4的插入损耗就作为发射单元所需要的衰耗而被利用了，它并不会对光脉冲的传输添加额外的衰耗，也就不会对密钥的生成率产生影响。本技术基于波分复用的波长路由量子密钥分发网的中心节点构建，其有益效果分析如下：待筛密钥是指在利用隐私放大技术对密钥进行筛选之前，对基之后，所产生的密钥。网络平均待筛密钥生成率的定义如公式(1)设图1和图2的工作频率、器件参数一样并且忽略工作波段范围内不同波长光波的在光纤中的传输损耗的差别。对于图1而言，由于中心节点Alice同一时刻只能同一个Bob用户协同工作，所以整个网络单位时间内生成的待筛密钥总量，就等于Alice与一个Bob用户的待筛密钥生成率。设该待筛密钥生成率为Rsift，n为用户数量。图1对于图2而言，由于Alice能与n个Bob用户同时工作，所以整个网络单位时间内生成的待筛密钥总量，等于Rsift的n倍。所以图2从公式(2)和(3)可以看出，通过改变中心节点Alice的结构，利用波分复用技术，波长路由QKD网络的平均待筛密钥生成率提高了n倍。本文档来自技高网...

【技术保护点】
基于波分复用的波长路由量子密钥分发网的中心节点构建，其特征在于，包括n个发射单元和合波器(4)，每个所述发射单元输出端均与合波器(4)输入端连接，n个所述发射单元均由脉冲激光器(1)、不等臂MZ干涉器(2)和可调衰减器(3)依次串联而成，每个所述可调衰减器(3)输出端均与合波器(4)输入端连接。

【技术特征摘要】
1.基于波分复用的波长路由量子密钥分发网的中心节点构建，其特征在于，包括n个发射单元和合波器(4)，每个所述发射单元输出端均与合波器(4)输入端连接，n个所述发射单元均由脉冲激光器(1)、不等臂MZ干涉器(2)和可调衰减器(3)依次串联而成，每个所述可调衰减器(3)输出端均与合波器(4)输入端连接。2.根据权利要求1所述的基于波分复用的波长路由量子密钥分发网的中心节点构建，其特征在于，所述合波器(4)输出端通过长途光纤连接分波器(5)的输入端，所述分波器(5)输出端连接有n个用户。3.根据权利要求1...

【专利技术属性】
技术研发人员：张引发，饶睿坚，季树滨，
申请(专利权)人：中国人民解放军西安通信学院，
类型：新型
国别省市：陕西,61