适用于量子保密通信的实时偏振控制方法技术

本发明专利技术涉及量子保密通信类，具体涉及一种适用于量子保密通信的实时偏振控制方法，该方法首先在发出的信号光与参考光之间引入一固定的延迟差，在完成单光子信号探测时，对参考光和信号光实现区别探测，之后单光子探测器获得的光子计数，通过数据采集卡送到电脑，通过电脑对参考光的偏振进行分析，并计算出合适的反馈值，通过采集卡输出一模拟电压，通过电压放大后驱动偏振控制器，从而实现反馈控制，其优点是，结构简单，通过对参考光的实时监控，实现了信号光偏振的长期稳定，利用了探测门的时间不同，保证了参考光不会对信号光成码产生影响，有效和及时的对信号光偏振进行控制，提高偏振稳定质量。

Real time polarization control method for quantum secure communication

The invention relates to a quantum secure communication, in particular to a real time polarization for quantum secure communication control method, this method is introduced between the signal light and the reference light emitted by a fixed delay difference in single photon signal detection, to achieve the difference between the reference light and signal light detection, after obtaining single photon the photon counting detector, sent to the computer through the data acquisition card, through the analysis of computer reference light polarization, and calculate the value of appropriate feedback, through the acquisition card output analog voltage, driving the polarization controller through voltage amplification, so as to realize the feedback control, the utility model has the advantages of simple structure, and through the real-time monitoring of the reference light the realization of the long-term stability of polarization, the detector at different times, the reference light not to signal light into code generation To control the polarization of the signal light effectively and timely, so as to improve the quality of polarization stabilization.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及量子保密通信类，具体涉及的是利用时分复用技术实现对单 光子的偏振进行监控，在此技术的基础上n」'以实现实吋稳定的量—f保密通fj系统。技术背景量子保密通信是基于光量子的通信，信息加载于单光子上，并由单光子 进行传输，未知量子态是不卩J克隆的，测量量子会改变量子态，这样窃听者 就不可能得到信息而不被发现，从而保证了信息交互的绝对安全。量子保密通信的信息载体是单光子，对单光子的编码可以采用偏振编码 的方式，这种方式所使用的编码器件具有较少的插入损耗，而且与相位编码 相比，不需要对光程进行精密控制，结构简单。但是偏振编码面临的一个主要困难在于，在光纤系统屮，由于光纤的制造丄艺限制，小口r能保证绝对的 圆对称性，而且随着外界环境，比如温度和应力的变化都会导致光纤发生形 变，这种形变会引入额外的双折射，从而导致偏振态发生改变，这种改变是 随机的，如果不加以控制，将会使解码完全不能工作。在经典的光通信中同样面临这个问题，通常的解决办法是牺牲一部分的 光强，在信号光中分一部分出来用作反馈控制，但是这种方式显然不适合于 量子通信，因为单光子不可再分，而且单光子水平的光强也根本无法被普通 探测器响应。解决这个问题的办法之一，是加入"中断"控制，即定期的停止单光子 通信，转而用较强的光进行通讯，并以此为反馈信号控制偏振，当偏振调节 完成以后，在切换回正常的通信状态，继续密钥生成。这种方式是以损失成 码效率为代价的，而且无法实现对单光子偏振态的实时监控，具有一定的滞 后性---可能偏振已经变差了，但是却必须等到下一个"中断"来临时，才能 进行控制。专利技术内容本专利技术的目的是针对上述现有技术的不足之处，提供一种适用于量了-保 密通信的实时偏振控制方法，该方法利用时分复用的方法将参考光和信号光 在时域上分开，并通过单光子探测器不同的门延迟将两者分别探测，通过对 参考光的控制，实现对单光子信号的实时偏振控制。本专利技术目的实现由以下技术方案完成一种，其特征在于该方法首先 在发出的信号光与参考光之间引入一同定的延迟差，在完成单光子信号探测 时，对参考光和信号光实现区别探测，之后单光子探测器获得的光子计数， 通过数据采集卡送到电脑，通过电脑对参考光的偏振进行分析，并计算出合 适的反馈值，通过采集卡输出一模拟电压，通过电压放大后驱动偏振控制器， 从而实现反馈控制。延迟差的引入是将半导体激光器发出的脉冲光序列通过一个不等臂K:的 MZ千涉仪，从而在参考光和信号光之间引入一固定的延迟差。所述的区别探测指的是单光子探测器工作在门脉冲模式，使用不同的门 脉冲延迟，对应所述的延迟差，从而实现对参考光和信号光的区别探测。本专利技术的优点是，利用时分复用的方法，通过对参考光的实时监控，实 现了信号光偏振的长期稳定，这种方式结构简单，并且利用了探测门的时间 不同，保证了参考光不会对信号光成码产生影响。对参考光的不间断监控可 以更有效和及时的对信号光偏振进行控制，提高偏振稳定质量。利用这一技 术，实现了无中断的长期稳定运行的偏振编码量子保密通信系统。 附图说明附图1为本专利技术实时偏振控制装置示意图； 附图2为本专利技术实时偏振控制时序图； 附图3为本专利技术偏振控制程序流程图；具体实施方式以下结合附图通过实施例对本专利技术特征及其它相关特征作进一步详细说 明，以便于同行业技术人员的理解如图1-3所示，图中符号分别表不半导体激光器LD、光纤耦合器C1、衰减器Attnl、衰减器Attn2、光纤耦合器C2、偏振分束器PBS1、手动偏振 控制器PC、电压放大器AMP、电动偏振控制器EPC、偏振分束器PBS2、耦合 器C3、耦合器C4、探测器D1、 D2、 D3、 D4。本实施例将半导体激光器发出的脉冲光序列通过一个不等臂长的MZ干涉 仪，在参考光和信号光之间引入一固定的延迟差；单光子探测器工作在门脉 冲模式，使用不同的门脉冲延迟，对应l中的延迟差，实现对参考光和信号 光的区别探测；单光子探测器获得的光子计数，通过数据采集卡送到电脑， 并由在Labview平台下编写的程序对参考光的偏振进行分析，并计算出合适 的反馈值，通过采集卡输出 -模拟电JJi，通过电压放大后驱动偏振控制器， 从而实现反馈控制。如图1所示，半导体激光器LD发出的频率为lMHz的脉冲光序列，经过 光纤耦合器Ci后进入MZ干涉仪，将通过干涉仪上路的光定义为信号光，将通过千涉仪卩路的光定义为参^光光，i:涉仪的上路比卜-路fe丄0m，因此a参考光和信号光之间引入了约50ns的固定延迟。信号光通过衰减器Attnl后平 均光子数降为O. l光子/脉冲，这是为了量子保密通信安全性的需要，参考光 通过衰减器Attn2后平均光子数降为约10光子/脉冲，参考光的能量较高是 为了在探测时能获得更多的计数，从而减少由丁-暗计数引起的测量误差，两 路信号通过光纤耦合器C2后合束。偏振分束器PBS1的作用是使参考光和信 号光具有相同的初始偏振，从而保证两者在经过长距离光纤后偏振的变化相 同。在探测端，光脉冲经过偏振分束器PBS2检偏后，按照其偏振态分为垂直 分量(上路)和水平分量(卜-路)，两路光分别被耦合器C3和C4均分为两份。 探测器Dl和D3负责探测信号光，D2和D4负责探测参考光，实现对两者的区 别探测并没有使用任何专门的解复用器件，而是利用单光子探测器的门探测 模式，即只有当光脉冲出现在探测门脉冲以内吋，才会产生计数，由于在参 考光和信号光中存在50ns的延迟，因此只需在探测器上分别调节到相应的门 脉冲延迟，即可以实现对参考光和信号光的区别探测。这种探测方法的时序 关系由图2所示。实现这种区别探测也可以采用主动调制的方法，即通过两个有时延差的电脉冲驱动激光器，这种方式对驱动电路和激光器带宽有一定要求；另外探测端也可以让单光子探测器工作在连续模式，在数据分析中通过"软门"实 现对信号的区别探测。但是相比之下，这些方法都不如本文所采用的方法简单有效。本实施例反馈控制的流程如下本实施例实时偏振控制的基本原理是通过监控参考光的偏振态实现对信号光偏振态的控制。探测器将参考光的光子计数通过数据采集卡NI6251送到 计算机，并通过在Labview平台下编写的反馈控制程序对参考光的偏振态进 行分析，按照分析结果给出相应的模拟电压偏移量，经过电压放大器AMP后 驱动电动偏振控制器EPC (PolaRATE-II， General Photonic. co.)。通过电 动偏振控制器EPC内的压电陶瓷，从不同角度挤压光纤，即可以引入不同的 双折射，通过这样的环路即可以实现偏振稳定控制。反馈控制程序的具体思想如F:探测器D2和D4的光子计数分别表征—/ 参考光的垂直偏振分量和水平偏振分量的大小，假设初始偏振态为水平线偏 振，那么偏振控制的目的，就是使D2的计数最小，D4的计数最人，我们把 D2计数/D4计数定义为偏振对比度P， P越小则参考光越近似于水平线偏振。 在每- -个控制周期内，控制程序给出-'个模拟电压驱动EPC，然后通过接收到 的D2和D4的计数得到P值，并与上'次的控制周期得到的P值比较，如果P 值减小，则说明程序给出的模拟电压偏移量方向是正确的，可继续进行此方 向的调整尝试；如果P值增加，则需要改变电压偏本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种适用于量子保密通信的实时偏振控制方法，其特征在于该方法首先在发出的信号光与参考光之间引入一固定的延迟差，在完成单光子信号探测时，对参考光和信号光实现区别探测，之后单光子探测器获得的光子计数，通过数据采集卡送到电脑，通过电脑对参考光的偏振进行分析，并计算出合适的反馈值，通过采集卡输出一模拟电压，通过电压放大后驱动偏振控制器，从而实现反馈控制。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：陈杰，许黎霖，黎遥，顾晓蓉，曾和平，
申请(专利权)人：华东师范大学，
类型：发明
国别省市：31[中国|上海]