弱相干光源装置以及量子密钥分发系统制造方法及图纸

本实用新型专利技术公开了一种弱相干光源装置以及QKD系统，本实用新型专利技术技术方案使用光源控制芯片控制窄脉冲产生模块以及控制检测电路，以控制激光器发射设定的相干光信号。分束器将所述相干光信号分为第一路光信号以及第二路光信号，可以基于光电二极管以及转换电路检测第一路光信号的光强检测结果，控制可调光衰减器对所述第二路光信号进行衰减处理，形成用于量子通信的弱相干光信号。而且所述弱相干光源装置可以基于相干光信号的一部分对另一部分进行衰减控制，光路结构简单，易于实现控制。

Weak Coherent Light Source Device and Quantum Key Distribution System

【技术实现步骤摘要】
弱相干光源装置以及量子密钥分发系统
本技术涉及光通信装置
，更具体的说，涉及一种弱相干光源装置以及量子密钥分发系统。
技术介绍
量子密钥分发(QuantumKeyDistribution，QKD)技术能够在通信双方之间产生完全一致的无条件安全的密钥因而受到广泛关注。量子密钥分发与经典密钥体系的根本不同在于其采用单个光子或纠缠光子对作为密钥的载体，由量子力学的三大基本原理(海森堡测不准原理、测量塌缩理论、量子不可克隆定律)保证了该过程的不可窃听、不可破译性，从而提供了一种更为安全的密钥体系。自从1984年BB84方案提出以来，关于量子密钥分发技术的各种理论方案日臻完善，技术实现逐渐成熟，使得基于量子密钥分发技术的量子通信系统以及量子通信方法走向实际应用。在QKD系统中，单光子源是QKD系统的关键装置，由于目前技术条件的限制，暂时无法获得准确的单光子源。因此，在QKD工程应用系统中，普遍采用弱相干光源来替代单光子源。一般的，QKD系统中常规的光源装置是使用相干光源衰减到平均光子数小于1的弱相干光源来代替单光子源。
技术实现思路
本技术技术方案提供了一种弱相干光源装置以及QKD系统，可以将激光器发射的相干光信号衰减为弱相干光信号，用于QKD系统实现量子通信。为了实现上述目的，本技术提供如下技术方案：一种弱相干光源装置，所述弱相干光源装置包括：窄脉冲产生模块、激光器、光源控制芯片、控制检测电路、分束器、转换电路、光电二极管以及可调光衰减器；所述窄脉冲产生模块用于控制所述激光器发射窄脉冲相干光信号；所述分束器用于将所述相干光信号分为第一路光信号以及第二路光信号；所述光电二极管用于将所述第一路光信号转换为电流信号；所述转换电路用于将所述电流信号转换为电压信号；所述可调光衰减器用于对所述第二路光信号进行衰减处理，形成弱相干光信号；所述控制检测电路用于检测所述激光器的工作温度以及工作状态，生成检测信号；所述控制检测电路用于调节所述激光器的工作温度以及工作状态；所述光源控制芯片用于获取所述电压信号以及所述检测信号。优选的，在上述弱相干光源装置中，所述光源控制芯片用于生成控制信号，所述控制信号包括时钟信号以及数据信号；所述窄脉冲产生模块基于输入信号以及所述控制信号控制所述激光器发射相干光信号，所述输入信号包括诱骗态电信号、信号态电信号。优选的，在上述弱相干光源装置中，所述窄脉冲产生模块包括：第一高速脉冲甄别电路，用于获取所述输入信号；所述第一高速脉冲甄别电路依次通过第一高速窄脉冲产生电路和第一幅度调节电路与高速交流耦合电路的一个输入端连接；第二高速脉冲甄别电路，用于获取所述输入信号；所述第二高速脉冲甄别电路依次通过第二高速窄脉冲产生电路和第二幅度调节电路与所述高速交流耦合电路的另一个输入端连接；幅度及偏置控制电路，用于获取所述控制信号；所述幅度及偏置控制电路具有三个输出端口，两个输出端口分别与所述第一幅度调节电路以及第二幅度调节电路连接，另一个输出端口用于为所述激光器提供偏置控制信号；所述高速交流耦合电路用于为所述激光器提供相干光窄脉冲的电驱动信号。优选的，在上述弱相干光源装置中，所述第一高速脉冲甄别电路与所述第二高速脉冲甄别电路均为集成电路高速迟滞比较器裸芯片；所述第一高速窄脉冲产生电路与所述第二高速窄脉冲产生电路均为双通道集成电路高速差分逻辑门裸芯片；所述第一幅度调节电路与所述第二幅度调节电路均为射频三极管裸芯片；所述幅度及偏置控制电路为集成电路模数转换器裸芯片；所述高速交流耦合电路为容量等于预设值的电容。优选的，在上述弱相干光源装置中，所述窄脉冲产生模块中，所述集成电路高速迟滞比较器裸芯片、所述双通道集成电路高速差分逻辑门裸芯片、所述射频三极管裸芯片、以及所述集成电路模数转换器裸芯片绑定在同一陶瓷基板上，封装在同一个壳体内。优选的，在上述弱相干光源装置中，所述双通道集成电路高速差分逻辑门裸芯片中，其通道选择正极输入端通过电容与电源连接，使得其窄脉冲的产生基于电容充放电延时实现。优选的，在上述弱相干光源装置中，所述集成电路高速迟滞比较器裸芯片具有两个输入端以及接地端；所述两个输入端用于获取差分输入的所述信号态电信号和所述诱骗态电信号；所述两个输入端之间连接有第一电阻，所述第一电阻用于匹配高速迟滞比较器输入阻抗；所述接地端通过第二电阻接地，所述第二电阻用于调节迟滞比较电平。优选的，在上述弱相干光源装置中，所述光源控制芯片包括：分别与AXI数据总线连接的嵌入式处理器、闪存以及接口；所述嵌入式处理器用于进行数据处理，基于数据处理结果控制所述窄脉冲产生模块、所述控制检测电路以及所述可调光衰减器执行设定功能；所述闪存用于存储弱相干光源装置所有的配置参数；第一数模转换器硬核，通过可调光衰减器驱动电路与所述AXI数据总线连接，所述第一数模转换器硬核与所述可调光衰减器驱动电路用于驱动可调光衰减器执行设定功能；第一模数转换器硬核，通过光强检测电路与所述AXI数据总线连接，所述第一模数转换器硬核与所述光强检测电路用于进行光强检测；第二数模转换器硬核，通过激光器温度控制电路与所述AXI数据总线连接，所述第二数模转换器硬核与所述激光器温度控制电路用于所述激光器温度的闭环控制；第二模数转换器硬核，通过状态采集及监控电路与所述AXI数据总线连接，所述第二模数转换器硬核与所述状态采集及监控电路用于进行激光器状态采集及监控。优选的，在上述弱相干光源装置中，所述第一路光信号的强度大于所述第二路光信号的强度。优选的，在上述弱相干光源装置中，所述光源控制芯片用于根据所述电压信号控制所述可调光衰减器，以对所述第二路光信号进行衰减处理，且用于根据所述检测信号控制所述控制检测电路，以调节所述激光器的工作温度以及工作状态。本技术还提供了一种量子密钥分发系统，包括上述任一项所述的弱相干光源装置。通过上述描述可知，本技术技术方案提供的弱相干光源装置以及QKD系统中，使用光源控制芯片控制窄脉冲产生模块以及控制检测电路，以控制激光器发射设定的相干光信号。分束器将所述相干光信号分为第一路光信号以及第二路光信号，可以基于光电二极管以及转换电路检测第一路光信号的光强检测结果，控制可调光衰减器对所述第二路光信号进行衰减处理，形成用于量子通信的弱相干光信号。而且所述弱相干光源装置可以基于相干光信号的一部分对另一部分进行衰减控制，光路结构简单，易于实现控制。传统弱相干光源装置采用多个独立的单芯片封装后，再在PCB板上连接。本技术实施例中，窄脉冲产生模块可以采用多芯片模块(MCM)封装技术，在一个模块中含有多个芯片，不仅提高封装密度，还由于多个芯片之间的间距减小，布线密度提高，以致整个模块的性能及可靠性相对于传统光源装置结构而言有明显提高。同时，窄脉冲产生模块采用MCM封装技术，缩短了芯片间的传输距离，传输线效应可以忽略，不需要进行阻抗匹配，功耗明显降低。进一步的，光源控制芯片可以采用SoC技术，将VOA驱动功能、光强检测功能、激光器温度控制功能及状态采集和监控功能进行IP化设计，一方面极大的提升了弱相干光源装置电路的集成度，缩小电路的面积，另一方面具有更高的可靠性和可扩展性。附图说明为了更清楚地说明本技术实施例或现有技术中的技术方案，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种弱相干光源装置，其特征在于，所述弱相干光源装置包括：窄脉冲产生模块、激光器、光源控制芯片、控制检测电路、分束器、转换电路、光电二极管以及可调光衰减器；所述窄脉冲产生模块用于控制所述激光器发射窄脉冲相干光信号；所述分束器用于将所述相干光信号分为第一路光信号以及第二路光信号；所述光电二极管用于将所述第一路光信号转换为电流信号；所述转换电路用于将所述电流信号转换为电压信号；所述可调光衰减器用于对所述第二路光信号进行衰减处理，形成弱相干光信号；所述控制检测电路用于检测所述激光器的工作温度以及工作状态，生成检测信号；所述控制检测电路用于调节所述激光器的工作温度以及工作状态；所述光源控制芯片用于获取所述电压信号以及所述检测信号。

【技术特征摘要】
1.一种弱相干光源装置，其特征在于，所述弱相干光源装置包括：窄脉冲产生模块、激光器、光源控制芯片、控制检测电路、分束器、转换电路、光电二极管以及可调光衰减器；所述窄脉冲产生模块用于控制所述激光器发射窄脉冲相干光信号；所述分束器用于将所述相干光信号分为第一路光信号以及第二路光信号；所述光电二极管用于将所述第一路光信号转换为电流信号；所述转换电路用于将所述电流信号转换为电压信号；所述可调光衰减器用于对所述第二路光信号进行衰减处理，形成弱相干光信号；所述控制检测电路用于检测所述激光器的工作温度以及工作状态，生成检测信号；所述控制检测电路用于调节所述激光器的工作温度以及工作状态；所述光源控制芯片用于获取所述电压信号以及所述检测信号。2.根据权利要求1所述的弱相干光源装置，其特征在于，所述光源控制芯片用于生成控制信号，所述控制信号包括时钟信号以及数据信号；所述窄脉冲产生模块基于输入信号以及所述控制信号控制所述激光器发射相干光信号，所述输入信号包括诱骗态电信号、信号态电信号。3.根据权利要求2所述的弱相干光源装置，其特征在于，所述窄脉冲产生模块包括：第一高速脉冲甄别电路，用于获取所述输入信号；所述第一高速脉冲甄别电路依次通过第一高速窄脉冲产生电路和第一幅度调节电路与高速交流耦合电路的一个输入端连接；第二高速脉冲甄别电路，用于获取所述输入信号；所述第二高速脉冲甄别电路依次通过第二高速窄脉冲产生电路和第二幅度调节电路与所述高速交流耦合电路的另一个输入端连接；幅度及偏置控制电路，用于获取所述控制信号；所述幅度及偏置控制电路具有三个输出端口，两个输出端口分别与所述第一幅度调节电路以及第二幅度调节电路连接，另一个输出端口用于为所述激光器提供偏置控制信号；所述高速交流耦合电路用于为所述激光器提供相干光窄脉冲的电驱动信号。4.根据权利要求3所述的弱相干光源装置，其特征在于，所述第一高速脉冲甄别电路与所述第二高速脉冲甄别电路均为集成电路高速迟滞比较器裸芯片；所述第一高速窄脉冲产生电路与所述第二高速窄脉冲产生电路均为双通道集成电路高速差分逻辑门裸芯片；所述第一幅度调节电路与所述第二幅度调节电路均为射频三极管裸芯片；所述幅度及偏置控制电路为集成电路模数转换器裸芯片；所述高速交流耦合电路为容量等于预设值的电容。5.根据权利要求4所述的弱相干光源装置，其特征在于，所...

【专利技术属性】
技术研发人员：罗登，盛迎接，许穆岚，代云启，
申请(专利权)人：科大国盾量子技术股份有限公司，
类型：新型
国别省市：安徽,34