一种用于QKD的光偏振修正系统技术方案

本发明专利技术公开了一种用于QKD的光偏振修正系统包括Alice端和Bob端，Alice端包含第一控制单元、第一通信单元、单光子偏振态发生器、偏振控制器驱动单元、偏振控制器组成；Bob端由单光子探测器、第二控制单元、第二通信单元组成。Alice与Bob间的通信连接信道包括量子信道和经典信道；Alice端，单光子偏振态发生器，随机产生四种偏振态发送给偏振控制器，偏振控制器可调整HV基和PN基的偏振偏移，经过偏振控制器调整后的单光子信号通过量子信道发送给Bob；偏振控制器驱动单元通过改变偏振控制器的参数，调整单光子偏振。第一控制单元，负责控制单光子偏振态发生器和偏振控制器驱动单元。本发明专利技术实现了总体实现了高精度、高效率的光偏振修正系统。正系统。正系统。

【技术实现步骤摘要】
一种用于QKD的光偏振修正系统


[0001]本专利技术涉及量子密钥分发领域，具体涉及一种用于QKD的光偏振修正系统。

技术介绍

[0002]QKD(量子密钥分发)系统中，根据BB84协议，以偏振四态编码为例，采取光子的四种偏振态：垂直偏振态(
↑
)、水平偏振态(
→
)、+45
°
偏振态和
‑
45
°
偏振态简记为H、V、P、N。
[0003]H和V在HV基下，P和N在PN基下，且两组基共轭。信号光的基矢与测量基相同时，信号光才能被正确测量，否则，测量会得到一个完全随机的结果，因此，需要对现有技术进行改进提出精度更好的保证系统安全的多路同步输出激光器光源系统。
[0004]约定HV基编码为0，PN基编码为1。在HV基下，H偏振态编码为0，V偏振态编码为1；在PN基下，P偏振态编码为0，N偏振态编码为1。四种偏振态的编码如表1所示。
[0005]表1偏振编码方式
[0006]偏振态基编码偏振态编码H偏振态00V偏振态01P偏振态10N偏振态11
[0007]偏振光在光纤链路上传输时，由于光纤的双折射效应，到达接收方时，可能会与接收方选择的测量基矢存在一定的夹角θ，因此需要对现有的技术进行进一步地改进并补偿夹角θ，使接收方能正确测量四种偏振光。

技术实现思路

[0008]为了解决上述技术问题，提出了一种无需人工干预，粗调可实现偏振态高精度、快速调控的QKD的光偏振修正系统。
>[0009]为实现上述目的，本专利技术采取的技术方案如下：一种用于QKD的光偏振修正系统，包括Alice端和Bob端，其中：
[0010]所述Alice端包括第一控制单元、第一通信单元、单光子偏振态发生器、偏振控制器驱动单元和偏振控制器；
[0011]所述Bob端包括单光子探测器、第二控制单元和第二通信单元；
[0012]所述第一通信单元通过经典信道与所述第二通信单元连接；
[0013]所述第一控制单元分别与单光子偏振态发生器和偏振控制器驱动单元连接，所述偏振态H、V、P、N发生器的输出端口与偏振控制器连接，所述偏振控制器又通过量子信道与Bob端的单光子探测器连接；
[0014]所述偏振控制器驱动单元的输出端口与偏振控制器连接；
[0015]所述单光子探测器与第二控制单元连接，所述第二控制单元又控制所述第二通信
单元；
[0016]在Alice端，所述单光子偏振态发生器用于随机产生H、V、P、N四种偏振态，并将H、V、P、N四种偏振态发送给偏振控制器；
[0017]所述H、V、P、N分别表示垂直偏振态、水平偏振态、+45
°
偏振态和
‑
45
°
偏振态；
[0018]所述偏振控制器调整HV基和PN基的偏振偏移，并将调整后的单光子信号通过量子信道发送给Bob端；
[0019]所述偏振控制器驱动单元用于改变偏振控制器的参数，调整单光子偏振；
[0020]所述通信单元通过经典信道与Bob端交互，并将Bob端的有效反馈信息传递给第一控制单元，所述第一控制单元根据反馈信息调整HV基或PN基的偏振；
[0021]所述Bob端单光子探测器用于H、V、P、N光子计数结果，并将探测出的H、V、P、N光子计数结果发送给第二控制单元；
[0022]所述第二控制单元通过第二通信单元把单光子探测器的探测结果反馈给Alice端。
[0023]优选地，所述第一控制单元采用FPGA处理单元，所述偏振控制驱动单元包括第一路模拟量产生电路、第二路模拟量产生电路、第三路模拟量产生电路、X轴驱动电路、Y轴驱动电路和Z轴驱动电路。
[0024]优选地，第一路模拟量产生电路、第二路模拟量产生电路、第三路模拟量产生电路分别与X轴驱动电路、Y轴驱动电路和Z轴驱动电路一一连接。
[0025]优选地，所述X轴驱动电路、Y轴驱动电路和Z轴驱动电路的输出端口均与所述偏振控制器连接。
[0026]优选地，所述FPGA处理单元用于产生的数字信号，所述数字信号经过三路模拟量产生电路转化为模拟信号输出到X轴驱动电路、Y轴驱动电路和Z轴驱动电路。
[0027]优选地，所述模拟信号经过X轴驱动电路、Y轴驱动电路和Z轴驱动电路分别产生HV_X、HV_Y、HV_Z三个高压驱动信号输送到偏振控制器中。
[0028]优选地，任意一路所述模拟量产生电路包括数模转换器，所述数模转换器通过SPI数字访问接口与所述FPGA处理单元连接，通过FPGA处理单元配置的寄存器，更新数模转换器的输出模拟量值。
[0029]优选地，任意一路轴驱动电路包括升压电路和高压放大电路，所述升压电路产生的高压电压输出给高压放大电路，所述高压放大电路通过内部增益放大、驱动高压后，输出可控制偏振控制器偏振态的高压激励信号。
[0030]优选地，所述升压电路电压输出由如下函数决定：
[0031]其中V
FB
＝1.30V。
[0032]本专利技术有益的技术效果：
[0033]1、本专利技术中Alice端调整光偏振，结合量子信道与经典信道，与Bob端形成闭环反馈。
[0034]2、利用控制单元以及偏振控制器驱动单元的配合，实现偏振态高精度、快速调控以及高精度、高效率的光偏振修正。
附图说明
[0035]图1为现有技术中信号光的基矢与测量基不同测量示意图；
[0036]图2是现有技术中信号光的基矢与测量基相同测量示意图；
[0037]图3是现有技术中偏振态在光纤传输过程中偏振态改变示意图；
[0038]图4为本专利技术中光偏振修正系统原理框图；
[0039]图5位本专利技术偏振光修正的算法流图；
[0040]图6为本专利技术光偏振控制器驱动硬件原理框图；
[0041]图7为本专利技术DRV7200内部原理框图；
[0042]图8为本专利技术模拟量信号产生电路与轴驱动电路的输入输出波形；
[0043]图9为本专利技术高电压放大输入输出的线性度图；
[0044]图10为本专利技术REXT设置与输出电流的关系图。
具体实施方式
[0045]为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例对本专利技术进行进一步详细说明，但本专利技术要求保护的范围并不局限于下述具体实施例。
[0046]如图1
‑
10所示，一种用于QKD的光偏振修正系统，包括Alice端和Bob端，其中：
[0047]所述Alice端包括第一控制单元、第一通信单元、单光子偏振态发生器、偏振控制器驱动单元和偏振控制器；
[0048]所述Bob端包括单光子探测器、第二控制单元、第二通信单元。
[0049]Alice与Bob间的通信连接信道包括量子信道和经典信道；
[0050]具体地，Alice与Bob的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于QKD的光偏振修正系统，其特征在于，包括Alice端和Bob端，其中：所述Alice端包括第一控制单元、第一通信单元、单光子偏振态生器、偏振控制器驱动单元和偏振控制器；所述Bob端包括单光子探测器、第二控制单元和第二通信单元；所述第一通信单元通过经典信道与所述第二通信单元连接；所述第一控制单元分别与单光子偏振态发生器和偏振控制器驱动单元连接，所述单光子偏振态发生器的输出端口与偏振控制器连接，所述偏振控制器又通过量子信道与Bob端的单光子探测器连接；所述偏振控制器驱动单元的输出端口与偏振控制器连接；所述单光子探测器与第二控制单元连接，所述第二控制单元又控制所述第二通信单元；在Alice端，所述单光子偏振态发生器用于随机产生H、V、P、N四种偏振态，并将H、V、P、N四种偏振态发送给偏振控制器；所述H、V、P、N分别表示单光子的垂直偏振态、水平偏振态、+45
°
偏振态和
‑
45
°
偏振态；所述偏振控制器调整HV基和PN基的偏振偏移，并将调整后的单光子信号通过量子信道发送给Bob端；所述偏振控制器驱动单元用于改变偏振控制器的参数，调整单光子偏振；所述通信单元通过经典信道与Bob端交互，并将Bob端的有效反馈信息传递给第一控制单元，所述第一控制单元根据反馈信息调整HV基或PN基的偏振；所述Bob端单光子探测器用于H、V、P、N光子计数结果，并将探测出的H、V、P、N光子计数结果发送给第二控制单元；所述第二控制单元通过第二通信单元把单光子探测器的探测结果反馈给Alice端。2.如权利要求1所述的一种用于QKD的光偏振修正系统，其特征在于，所述第一控制单元采用FPGA处理单元，所述偏振控制驱动...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭邦红，胡敏，
申请(专利权)人：广东国腾量子科技有限公司，
类型：发明
国别省市：