【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种自适应平衡的高带宽平衡零差探测器，属于量子信息。
技术介绍
1、在连续变量量子保密通信系统中，平衡零差探测器(balanced homodynedetectors，bhd)负责从光场中提取出信息，其光电转换性能直接决定了系统的性能表现；平衡零差探测器目前在连续变量量子密钥分发系统、连续变量量子直接通信、微弱信号检测、量子随机数发生器等领域扮演了不可或缺的角色；为了满足这些领域的发展而带来的日益提高的需求，bhd需要不断推陈出新，提高探测性能。
2、近二十多年来，国内外的科研团队在bhd的设计研发上取得了一系列进展；他们的工作为平衡零差探测器的发展奠定了坚实的基础，但遗憾的是目前的探测器没有自平衡的功能，无法应对实际光路的非平衡带来的共模噪声问题，为了尽可能减少光路的不一致带来的影响，目前有以下两种解决方法：(1)对大量的光电二极管逐一进行灵敏度的测试，挑选出性能最接近的两支二极管投入使用，但这种方法将消耗大量的人力和物力，即便如此也无法完全规避器件差异性的问题，而且，该方案并不能解决光器件和光路的非对称问题。(2)通过在bs与光电二极管连接的两条光路上或其中一条光路上分别连接两个可调光衰减器，通过调节光衰减器的衰减比来补偿光路和光电二极管的不一致性；但这种方法最大的问题是衰减器会带来额外的光损耗，导致探测器的量子效率明显下降，从而降低系统性能。因此现有的探测器的平衡方式已无法满足使用需求。
技术实现思路
1、有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种自适应
2、一种自适应平衡的高带宽平衡零差探测器，所述探测器包括屏蔽外壳和控制电路板，所述屏蔽外壳的外侧分别设置有输入接口和输出接口，所述控制电路板置于所述屏蔽外壳内，所述控制电路板上设置有平衡控制单元、模拟减法器、低通滤波器、两路放大电路和两个模拟数字转换器；
3、所述平衡控制单元的信号输入端连接至两个所述模拟数字转换器的信号输出端，两个所述模拟数字转换器的输入端分别接入一路所述放大电路的输出端，两路所述放大电路的输出端又与所述模拟减法器的输入端并接，所述模拟减法器的输出端连接至所述低通滤波器的输入端，所述低通滤波器的输出端连接至所述屏蔽外壳的输出接口，所述放大电路的输入端连接至所述屏蔽外壳的输入接口，其中；
4、所述放大电路包括光电二极管、跨阻放大器和可编程增益放大器，所述光电二极管的输入端连接至所述屏蔽外壳的输入端口，所述光电二极管的输出端连接至所述跨阻放大器的输入端，所述跨阻放大器的输出端连接至所述可编程增益放大器的模拟信号输入端，所述可编程增益放大器的输出端分别与所述模拟数字转换器的输入端和所述模拟减法器的输入端连接；
5、所述平衡控制单元的信号输出端连接至所述可编程增益放大器的控制信号输入端。
6、可选地，所述跨阻放大器包括高速运算放大器及外围无源器件，所述高速运算放大器设置有同相输入端口、反相输入端口、反馈端口、输出端口、正极电源端口和负极电源端口；
7、所述高速运算放大器的反相输入端口与所述光电二极管的输出端连接，所述高速运算放大器的反相输入端口与反馈端口并接有第一电阻，所述第一电阻的两端并接有第一电容；
8、所述高速运算放大器的同相输入端口连接有第二电阻，所述第二电阻的另一端接地，所述第二电阻的两端并接有第二电容；
9、所述高速运算放大器的输出端口与所述可编程增益放大器的输入端连接；
10、所述高速运算放大器的正极电源端口和负极电源端口分别对应接入正负2.5v双电源，其中；
11、正2.5v电源通过第一滤波磁珠连接至所述高速运算放大器的正电源端口，所述第一滤波磁珠靠近所述高速运算放大器的一端依次并接有第三电容和第四电容，所述第三电容和第四电容的另一端分别接地；
12、负2.5v电源通过第二滤波磁珠连接至所述高速运算放大器的负电源端口，所述第二滤波磁珠靠近所述高速运算放大器的一端依次并接有第五电容和第六电容，所述第五电容和第六电容的另一端分别接地。
13、可选地，所述可编程增益放大器设置有同相输入端口，反相输入端口，同相输出端口和反相输出端口；
14、所述可编程增益放大器的同相输入端口与所述跨阻放大器的输出端口之间串接有第三电阻，所述可编程增益放大器的反相输入端口连接有第四电阻，所述第四电阻的另一端接地，所述可编程增益放大器的同相输出端口分别与所述模拟数字转换器的同相接入端和所述模拟减法器的输入端连接，所述可编程增益放大器的反相输出端口分别与所述模拟数字转换器的反相接入端和所述模拟减法器的输入端连接。
15、可选地，所述低通滤波器包括第七电容、第八电容和第九电容，所述第七电容、所述第八电容和所述第九电容依次串接，所述第七电容和所述第九电容的另一端分别接地，所述第七电容和所述第八电容的连接线路分别与所述可编程增益放大器的反相输出端口和所述屏蔽外壳的输出接口并接，所述第八电容和所述第九电容的连接线路分别与所述可编程增益放大器的同相输出端口和所述屏蔽外壳的输出接口并接；
16、所述第七电容和所述第八电容的连接线路与两个所述可编程增益放大器的反相输出端口之间分别串接有所述第五电阻，所述第八电容和所述第九电容的连接线路与两个所述可编程增益放大器的同相输出端口之间分别串接有所述第六电阻；
17、两个所述第五电阻和两个所述第六电阻分别反相并联，形成所述模拟减法器。
18、可选地，所述屏蔽壳体的输出接口设置为sma接口，且所述屏蔽壳体的输出接口的阻抗为50ω。
19、可选地，所述平衡控制单元的信号输出端口与所述可编程增益放大器的控制信号输入端通过spi总线连接，采用spi协议进行通信，用于设置可编程增益放大器的增益。
20、可选地，所述屏蔽外壳为厚度为2-4mm的铝合金导电外壳。
21、可选地，所述光电二极管为铟镓砷pin二极管。
22、可选地，所述低通滤波器为一阶rc低通滤波器。
23、本专利技术能产生的有益效果包括：
24、本专利技术所提供的一种自适应平衡的高带宽平衡零差探测器，在不改变光路和光器件的基础上，通过对于探测器的改进，实现了光路的自平衡控制，避免了由于非平衡带来的过噪声对连续变量量子密钥分发系统性能造成负面影响；同时可以实现探测器的自动增益控制，避免了大信号工况导致的探测器输出饱,同时提高了小信号工况下的探测信噪比。
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1.一种自适应平衡的高带宽平衡零差探测器，其特征在于，所述探测器包括屏蔽外壳(1)和控制电路板(2)，所述屏蔽外壳(1)的外侧分别设置有输入接口和输出接口，所述控制电路板(2)置于所述屏蔽外壳(1)内，所述控制电路板(2)上设置有平衡控制单元(9)、模拟减法器(7)、低通滤波器(8)、两路放大电路和两个模拟数字转换器(6)；
2.根据权利要求1所述的一种自适应平衡的高带宽平衡零差探测器，其特征在于，所述跨阻放大器(4)包括高速运算放大器及外围无源器件，所述高速运算放大器设置有同相输入端口、反相输入端口、反馈端口、输出端口、正极电源端口和负极电源端口；
3.根据权利要求2所述的一种自适应平衡的高带宽平衡零差探测器，其特征在于，所述可编程增益放大器(5)设置有同相输入端口，反相输入端口，同相输出端口和反相输出端口；
4.根据权利要求3所述的一种自适应平衡的高带宽平衡零差探测器，其特征在于，所述低通滤波器(8)包括第七电容、第八电容和第九电容，所述第七电容、所述第八电容和所述第九电容依次串接，所述第七电容和所述第九电容的另一端分别接地，所述第七电容和
5.根据权利要求4所述的一种自适应平衡的高带宽平衡零差探测器，其特征在于，所述屏蔽壳体的输出接口设置为SMA接口，且所述屏蔽壳体的输出接口的阻抗为49.95-50.05Ω。
6.根据权利要求1所述的一种自适应平衡的高带宽平衡零差探测器，其特征在于，所述平衡控制单元(9)的信号输出端口与所述可编程增益放大器(5)的控制信号输入端通过SPI总线连接，采用SPI协议进行通信，用于设置可编程增益放大器(5)的增益。
7.根据权利要求1所述的一种自适应平衡的高带宽平衡零差探测器，其特征在于，所述屏蔽外壳(1)为厚度为2-4mm的铝合金导电外壳。
8.根据权利要求1所述的一种自适应平衡的高带宽平衡零差探测器，其特征在于，所述光电二极管(3)为铟镓砷PIN二极管。
9.根据权利要求1所述的一种自适应平衡的高带宽平衡零差探测器，其特征在于，所述低通滤波器(8)为一阶RC低通滤波器(8)。
...【技术特征摘要】
1.一种自适应平衡的高带宽平衡零差探测器，其特征在于，所述探测器包括屏蔽外壳(1)和控制电路板(2)，所述屏蔽外壳(1)的外侧分别设置有输入接口和输出接口，所述控制电路板(2)置于所述屏蔽外壳(1)内，所述控制电路板(2)上设置有平衡控制单元(9)、模拟减法器(7)、低通滤波器(8)、两路放大电路和两个模拟数字转换器(6)；
2.根据权利要求1所述的一种自适应平衡的高带宽平衡零差探测器，其特征在于，所述跨阻放大器(4)包括高速运算放大器及外围无源器件，所述高速运算放大器设置有同相输入端口、反相输入端口、反馈端口、输出端口、正极电源端口和负极电源端口；
3.根据权利要求2所述的一种自适应平衡的高带宽平衡零差探测器，其特征在于，所述可编程增益放大器(5)设置有同相输入端口，反相输入端口，同相输出端口和反相输出端口；
4.根据权利要求3所述的一种自适应平衡的高带宽平衡零差探测器，其特征在于，所述低通滤波器(8)包括第七电容、第八电容和第九电容，所述第七电容、所述第八电容和所述第九电容依次串接，所述第七电容和所述第九电容的另一端分别接地，所述第七电容和所述第八电容的连接线路分别与所述可编...
【专利技术属性】
技术研发人员：彭进业，余昊，曹正文，柴庚，李强，陈欣蕾，梁可心，
申请(专利权)人：西北大学，
类型：发明
国别省市：
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