CN110943836A - 一种实现平衡探测***自动平衡的装置及方法 - Google Patents
一种实现平衡探测***自动平衡的装置及方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN110943836A CN110943836A CN201911367637.3A CN201911367637A CN110943836A CN 110943836 A CN110943836 A CN 110943836A CN 201911367637 A CN201911367637 A CN 201911367637A CN 110943836 A CN110943836 A CN 110943836A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- optical fiber
- circuit
- fiber coupler
- balance
- splitting ratio
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
- H04L—TRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
- H04L9/00—Cryptographic mechanisms or cryptographic arrangements for secret or secure communications; Network security protocols
- H04L9/08—Key distribution or management, e.g. generation, sharing or updating, of cryptographic keys or passwords
- H04L9/0816—Key establishment, i.e. cryptographic processes or cryptographic protocols whereby a shared secret becomes available to two or more parties, for subsequent use
- H04L9/0852—Quantum cryptography
-
- H—ELECTRICITY
- H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
- H04B—TRANSMISSION
- H04B10/00—Transmission systems employing electromagnetic waves other than radio-waves, e.g. infrared, visible or ultraviolet light, or employing corpuscular radiation, e.g. quantum communication
- H04B10/50—Transmitters
- H04B10/516—Details of coding or modulation
- H04B10/54—Intensity modulation
- H04B10/541—Digital intensity or amplitude modulation
-
- H—ELECTRICITY
- H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
- H04B—TRANSMISSION
- H04B10/00—Transmission systems employing electromagnetic waves other than radio-waves, e.g. infrared, visible or ultraviolet light, or employing corpuscular radiation, e.g. quantum communication
- H04B10/70—Photonic quantum communication
-
- H—ELECTRICITY
- H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
- H04L—TRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
- H04L9/00—Cryptographic mechanisms or cryptographic arrangements for secret or secure communications; Network security protocols
- H04L9/08—Key distribution or management, e.g. generation, sharing or updating, of cryptographic keys or passwords
- H04L9/0816—Key establishment, i.e. cryptographic processes or cryptographic protocols whereby a shared secret becomes available to two or more parties, for subsequent use
- H04L9/0852—Quantum cryptography
- H04L9/0858—Details about key distillation or coding, e.g. reconciliation, error correction, privacy amplification, polarisation coding or phase coding
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
- Signal Processing (AREA)
- Theoretical Computer Science (AREA)
- Computer Security & Cryptography (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Optical Communication System (AREA)
Abstract
本发明公开了一种实现平衡探测***自动平衡的装置及方法,装置包括依次连接的可调分束比2×2光纤耦合器、平衡放大光电探测电路和信号采集电路,所述信号采集电路依次与信号处理电路、可调分束比2×2光纤耦合器驱动电路和可调分束比2×2光纤耦合器连接。与现有技术相比,本发明的积极效果是:(1)本发明的装置结构简单,体积小,便于集成;(2)可调分束比2×2光纤耦合器调节精度高、响应速度较快、稳定性好,可以快速精确地实现自动平衡调节,使***长期稳定工作;(3)该装置器件所需少,***复杂度低,且控制电路和驱动电路结构简单,易于实现。
Description
技术领域
本发明涉及一种实现平衡探测***自动平衡的装置及方法。
背景技术
随着现代科学技术的发展,信息的安全性越来越受到人们的重视。量子密钥分发基于量子力学的基本原理(海森堡不确定性原理和量子不可克隆定理等),任何第三方的窃听行为都能够在密钥传输过程中被检测出来,从而使得合法通信双方在异地共享一组无条件的安全密钥。连续变量量子密钥分发(CVQKD)技术因其具有潜在高码率及与经典光通信良好兼容性等特点,受到了业界广泛关注。
平衡探测器是CVQKD***中接受端的核心模块,其噪声大小、稳定性以及平衡性直接决定了***的整体性能。理想的平衡探测要求信号光和本振光以精确的50%比例分光并干涉,干涉后两路光信号经过对称光路到达光电二极管(PIN管)进行光电转换,这样才能达到最佳的探测效果。由于受实际器件工艺、环境温度、应力、振动等因素的影响,进入两只PIN管的两臂光路不能实现一样的衰减。同时随环境变化,原来已经平衡的光路也会因为实际器件工艺、环境温度、应力、振动等因素使得两臂衰减不一样,从而使得强度平衡被破坏,这样会极大地降低探测器的共模抑制比而增加了探测器的噪声。如果两臂的强度差异太大,使得探测器的输出超出额定范围而损坏,从而整个CVQKD***也不能正常工作。
为了消除平衡探测器两臂光路受实际器件工艺、环境温度、应力、振动等因素带来的强度不平衡影响,目前采用的平衡方法有:温控方式、MEMS电控衰减器、基于弯曲光纤原理的自动控制衰减器。由于温度变化与强度调节之间没有固定的函数曲线,而且不具有单调性,控制难度较大;此外,控温所需功耗较大,在为了避免振动而不使用风扇的前提条件下,利用传导散热还会导致***设计的复杂性增加;再者,温度是一个慢变量,利用控温无法实现探测器双臂的快速平衡,因此采取控温方式实现双臂平衡的方法难以满足连续变量量子密钥分发***的应用需求。MEMS电控衰减器结构简单,易于集成,但是MEMS电控衰减器受环境振动、工艺缺陷或灰尘颗粒等要素影响,工作时有概率发生动齿和静齿咬合或自卡现象,可靠性存在问题。基于弯曲光纤原理的自动控制衰减器采用直线步进电机作为弯曲光纤的推动装置,具有较高的精度和稳定性,但其体积较大,不便于集成,并且响应速度为秒级,难以实现快速调节。
发明内容
为了克服现有技术的上述缺点,本发明提供了一种实现平衡探测***自动平衡的装置及方法,能够实现由于各类因素造成的平衡探测***两臂光强不相等的自动平衡调节,使探测器长期稳定工作在平衡点附近,具有较高的控制精度和较快的响应时间。本发明的装置结构简单,体积小,便于集成;并且调节精度高、响应速度较快、稳定性好,可以快速精确地实现自动平衡调节,保证平衡探测器可长期稳定工作。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:一种实现平衡探测***自动平衡的装置,包括依次连接的可调分束比2×2光纤耦合器、平衡放大光电探测电路和信号采集电路,所述信号采集电路依次与信号处理电路、可调分束比2×2光纤耦合器驱动电路和可调分束比2×2光纤耦合器连接。
本发明还提供了一种实现平衡探测***自动平衡的方法,包括如下步骤:
步骤一、信号光和本振光经可调分束比2×2光纤耦合器干涉,通过耦合器相同长度的尾纤进入平衡放大光电探测电路,经过光电转换和差模放大后输出;
步骤二、信号采集电路将采集到的平衡放大光电探测电路的输出结果发送给信号处理电路;
步骤三、信号处理电路通过控制算法获得平衡位置的偏移量并计算出控制量的大小,并转换成控制信号发送给可调分束比2×2光纤耦合器驱动电路;
步骤四、可调分束比2×2光纤耦合器驱动电路通过控制信号改变可调分束比2×2光纤耦合器的分束比,进而改变平衡探测***的两臂光强,实现平衡探测***的自动平衡调节。
与现有技术相比,本发明的积极效果是:
(1)本发明的装置结构简单,体积小,便于集成;
(2)可调分束比2×2光纤耦合器调节精度高、响应速度较快、稳定性好,可以快速精确地实现自动平衡调节,使***长期稳定工作;
(3)该装置器件所需少,***复杂度低,且控制电路和驱动电路结构简单,易于实现。
附图说明
本发明将通过例子并参照附图的方式说明,其中:
图1为平衡探测***自动平衡控制装置原理图;
图2为平衡探测原理示意图。
具体实施方式
本发明提供的一种实现平衡探测***自动平衡的控制装置,如图1所示,包括:可调分束比2×2光纤耦合器1、平衡放大光电探测电路2(由2只PIN管和差模放大电路组成)、信号采集电路3、信号处理电路4、可调分束比2×2光纤耦合器驱动电路5等,其中:
所述可调分束比2×2光纤耦合器1为强度调节器件,用于实现平衡光路两臂的强度调节,从而实现平衡探测器达到强度平衡。
所述信号处理电路可以采用数字信号处理器(DSP)或可编程逻辑芯片(FPGA)或ARM等构成的数字电路,实现高速信号处理以及算法逻辑。
信号光和本振光经可调分束比2×2光纤耦合器1干涉,通过耦合器相同长度的尾纤进入2只PIN管进行光电转换,转换后的光电信号进行差模放大后输出。信号采集电路3采集平衡放大光电探测电路2的输出结果,并将采样结果发送给信号处理电路4。信号处理电路4通过控制算法获得平衡位置的偏移量并计算出控制量的大小,然后转换成控制信号通过可调分束比2×2光纤耦合器驱动电路5改变可调分束比2×2光纤耦合器1的分束比,进而改变平衡探测***的两臂光强(使得进入两臂光路的光强一致),从而快速精确地实现平衡探测***自动平衡调节。
所述控制算法包括以下步骤:
步骤I:将信号采集电路3获得的信号求取平均值C1,消除散粒噪声的影响;
步骤II:将平均值C1减去无光输入时信号采集电路3获得的信号求取平均值C2,获得平衡状态偏移量C;
步骤III:根据控制算法,将平衡状态偏移量C转换为可调分束比2×2光纤耦合器1的控制量D。
本发明的平衡探测原理如图2所示,通过BS的两路光信号的光场表达式如下:
信号光Es通过BS后,在端口①和端口②出射的分光比为1:A(强度分光比),本振光EL通过BS后,在端口①和端口②出射的分光比为1:B(强度分光比),那么端口①和端口②出射的信号光和本振光叠加的光场表达式分别为
和
因此,端口①探测到的光电流为
端口②探测到的光电流为
那么探测器的输出结果为
由于在CVQKD***中,本振光强度远远大于信号光,通常本振光在108光子/脉冲量级,而信号光通常只有10光子量级,在放大倍数巨大的平衡探测输出结果中,信号光不足以引起探测器输出偏置及饱和。因此,如果分束比不为1:1,即B≠1,本振光会引入巨大的偏置,导致探测器饱和,而且会在输出信号中叠加一个缩放系数且该缩放系数随着分束比A和B的变化而变化。而如果B=1,只需要A≈1,即可保证探测器输出结果I无偏置,即:
本发明中提出利用反馈控制***对2×2BS进行高精度分束比控制,可精细调节进入两臂光路的光强从而保持两臂光路的强度平衡,能够有效解决由于光路不平衡引起的共模抑制比降低,探测输出偏置过大等问题,整体实现降低CVQKD***过噪声,提高CVQKD***稳定性和安全码率。
Claims (7)
1.一种实现平衡探测***自动平衡的装置,其特征在于:包括依次连接的可调分束比2×2光纤耦合器、平衡放大光电探测电路和信号采集电路,所述信号采集电路依次与信号处理电路、可调分束比2×2光纤耦合器驱动电路和可调分束比2×2光纤耦合器连接。
2.根据权利要求1所述的一种实现平衡探测***自动平衡的装置,其特征在于:所述平衡放大光电探测电路由2只PIN管和差模放大电路组成。
3.根据权利要求2所述的一种实现平衡探测***自动平衡的装置,其特征在于:所述可调分束比2×2光纤耦合器通过其相同长度的尾纤与2只PIN管连接。
4.根据权利要求1所述的一种实现平衡探测***自动平衡的装置,其特征在于:所述信号处理电路为采用DSP、FPGA或ARM构成的数字电路。
5.根据权利要求1所述的一种实现平衡探测***自动平衡的装置,其特征在于:所述可调分束比2×2光纤耦合器为强度调节器件,用于对信号光和本振光进行耦合干涉,实现平衡光路两臂的强度调节。
6.一种实现平衡探测***自动平衡的方法,其特征在于:包括如下步骤:
步骤一、信号光和本振光经可调分束比2×2光纤耦合器干涉,通过耦合器相同长度的尾纤进入平衡放大光电探测电路,经过光电转换和差模放大后输出;
步骤二、信号采集电路将采集到的平衡放大光电探测电路的输出结果发送给信号处理电路;
步骤三、信号处理电路通过控制算法获得平衡位置的偏移量并计算出控制量的大小,并转换成控制信号发送给可调分束比2×2光纤耦合器驱动电路;
步骤四、可调分束比2×2光纤耦合器驱动电路通过控制信号改变可调分束比2×2光纤耦合器的分束比,进而改变平衡探测***的两臂光强,实现平衡探测***的自动平衡调节。
7.根据权利要求6所述的一种实现平衡探测***自动平衡的方法,其特征在于:所述控制算法为:
(1)将信号采集电路获得的信号求取平均值,记为C1;
(2)将信号采集电路获得的无信号光输入时的信号求取平均值,记为C2;
(3)将C1-C2,获得平衡状态偏移量C;
(4)将平衡状态偏移量C转换为可调分束比2×2光纤耦合器的控制量D。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN201911367637.3A CN110943836B (zh) | 2019-12-26 | 2019-12-26 | 一种实现平衡探测***自动平衡的装置及方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN201911367637.3A CN110943836B (zh) | 2019-12-26 | 2019-12-26 | 一种实现平衡探测***自动平衡的装置及方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CN110943836A true CN110943836A (zh) | 2020-03-31 |
CN110943836B CN110943836B (zh) | 2022-03-18 |
Family
ID=69912476
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CN201911367637.3A Active CN110943836B (zh) | 2019-12-26 | 2019-12-26 | 一种实现平衡探测***自动平衡的装置及方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
CN (1) | CN110943836B (zh) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN113253403A (zh) * | 2021-06-17 | 2021-08-13 | 苏州浪潮智能科技有限公司 | 一种光学器件、电子器件和可编程光子集成电路 |
Citations (10)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN101709970A (zh) * | 2009-11-26 | 2010-05-19 | 浙江大学 | 单端尾纤控温的光纤陀螺线圈 |
CN102338908A (zh) * | 2010-07-22 | 2012-02-01 | 清华大学 | 全光纤滤波器 |
CN102903209A (zh) * | 2012-10-17 | 2013-01-30 | 中国地质调查局水文地质环境地质调查中心 | 地面塌陷光纤监测预警***及方法 |
CN103175557A (zh) * | 2011-12-20 | 2013-06-26 | 苏州攀星光电科技有限公司 | 一种改善光纤干涉信号稳定性的光电*** |
CN105071867A (zh) * | 2015-07-14 | 2015-11-18 | 山西大学 | 可实现时域脉冲平衡零拍探测器自动平衡的控制装置 |
CN204964806U (zh) * | 2015-10-09 | 2016-01-13 | 烟台市皓辰光电科技有限公司 | 单模光纤尾纤 |
CN106526575A (zh) * | 2016-10-14 | 2017-03-22 | 北京空间机电研究所 | 一种用于量子增强激光探测的脉冲时间同步*** |
CN107566120A (zh) * | 2017-09-28 | 2018-01-09 | 上海交通大学 | 本地本振连续变量量子密钥分发方法及*** |
CN109327266A (zh) * | 2018-08-24 | 2019-02-12 | 中国电子科技集团公司第三十研究所 | 一种适用于cvqkd***的高消光比光脉冲产生方法 |
CN109586911A (zh) * | 2019-02-01 | 2019-04-05 | 上海循态信息科技有限公司 | 基于相干光通信***的连续变量量子密钥分发方法 |
-
2019
- 2019-12-26 CN CN201911367637.3A patent/CN110943836B/zh active Active
Patent Citations (10)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN101709970A (zh) * | 2009-11-26 | 2010-05-19 | 浙江大学 | 单端尾纤控温的光纤陀螺线圈 |
CN102338908A (zh) * | 2010-07-22 | 2012-02-01 | 清华大学 | 全光纤滤波器 |
CN103175557A (zh) * | 2011-12-20 | 2013-06-26 | 苏州攀星光电科技有限公司 | 一种改善光纤干涉信号稳定性的光电*** |
CN102903209A (zh) * | 2012-10-17 | 2013-01-30 | 中国地质调查局水文地质环境地质调查中心 | 地面塌陷光纤监测预警***及方法 |
CN105071867A (zh) * | 2015-07-14 | 2015-11-18 | 山西大学 | 可实现时域脉冲平衡零拍探测器自动平衡的控制装置 |
CN204964806U (zh) * | 2015-10-09 | 2016-01-13 | 烟台市皓辰光电科技有限公司 | 单模光纤尾纤 |
CN106526575A (zh) * | 2016-10-14 | 2017-03-22 | 北京空间机电研究所 | 一种用于量子增强激光探测的脉冲时间同步*** |
CN107566120A (zh) * | 2017-09-28 | 2018-01-09 | 上海交通大学 | 本地本振连续变量量子密钥分发方法及*** |
CN109327266A (zh) * | 2018-08-24 | 2019-02-12 | 中国电子科技集团公司第三十研究所 | 一种适用于cvqkd***的高消光比光脉冲产生方法 |
CN109586911A (zh) * | 2019-02-01 | 2019-04-05 | 上海循态信息科技有限公司 | 基于相干光通信***的连续变量量子密钥分发方法 |
Non-Patent Citations (4)
Title |
---|
CHEN-CHEN QIAN: "Reconciliation of continuous variable QKD using Gaussian post-selection and systematic Polar code", 《2016 8TH INTERNATIONAL CONFERENCE ON WIRELESS COMMUNICATIONS &SIGNAL PROCESSING(WCSP)》 * |
彭程: "2um相干测风激光雷达的双平衡外差探测技术研究", 《中国知网》 * |
罗辉: "基于FPGA的高速CVQKD***方案", 《量子光学学报》 * |
黄彪: "连续变量量子密钥分发***的实际安全性分析", 《通信技术》 * |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN113253403A (zh) * | 2021-06-17 | 2021-08-13 | 苏州浪潮智能科技有限公司 | 一种光学器件、电子器件和可编程光子集成电路 |
CN113253403B (zh) * | 2021-06-17 | 2021-10-29 | 苏州浪潮智能科技有限公司 | 一种光学器件、电子器件和可编程光子集成电路 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
CN110943836B (zh) | 2022-03-18 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN203629593U (zh) | 用于光纤传感微弱信号的检测电路 | |
CN105323001A (zh) | 一种otdr光信号接收电路 | |
CN105425012A (zh) | 一种用于连续窄脉冲下的apd像元电压读取电路 | |
CN103162724A (zh) | 基于动态扫描的光纤光栅传感解调仪及方法 | |
CN110943836B (zh) | 一种实现平衡探测***自动平衡的装置及方法 | |
CN103929139B (zh) | 高精度自动增益控制的光接收机的跨阻前置放大器 | |
Morikuni et al. | Improvements to the standard theory for photoreceiver noise | |
Kurtti et al. | Laser radar receiver channel with timing detector based on front end unipolar-to-bipolar pulse shaping | |
CN113686434B (zh) | 一种光电探测装置温度模拟补偿方法及*** | |
CN103335600A (zh) | 基于双f-p干涉仪的比值条纹计数法及其位移传感器解调*** | |
Wang et al. | A high signal-to-noise ratio balanced detector system for 2 μm coherent wind lidar | |
CN117614450A (zh) | 一种光学模拟数字转换器 | |
CN107816938A (zh) | 低对比度下干涉***自动调零和调幅的电路及其使用方法 | |
CN218352509U (zh) | 一种qkd的同步光检测与监控纠正*** | |
CN110677244A (zh) | 一种适用于连续变量量子密钥分发***的自平衡方法 | |
CN108760045B (zh) | 一种大动态范围的光电探测电路 | |
CN207964084U (zh) | 一种用于光外差探测的高信号对比度光电检测电路 | |
Atef et al. | An integrated optical receiver for multilevel data communication over large core step index plastic optical fiber | |
CN108809438B (zh) | 一种时差补偿方法和装置 | |
CN108534893A (zh) | 一种用于光外差探测的光电检测电路 | |
CN113686433A (zh) | 一种基于暗电流补偿的光电探测器与掺铒光纤放大器 | |
CN114826394A (zh) | 一种高精度大动态范围的光信道衰减探测***及方法 | |
CN108120461B (zh) | 一种基于混沌光源的光纤布拉格光栅解调方法及其装置 | |
EP3296761A1 (en) | Distance measuring device | |
CN209930224U (zh) | 基于量子秘钥分发平台的脉冲整形电路 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PB01 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
GR01 | Patent grant | ||
GR01 | Patent grant |