一種用於誘騙態量子保密通信的光源發生器的製作方法
2023-05-06 04:13:31
專利名稱：一種用於誘騙態量子保密通信的光源發生器的製作方法
技術領域：
本發明涉及量子保密通信技術領域，尤其是一種用於誘騙態量子保密通信的光源發生器。
背景技術：
上世紀下半葉以來，科學家們在「海森堡測不準原理」和「量子不可克隆原理」之上，逐漸建立了量子密碼術的概念。量子密碼術以單量子態作為信息載體，由於單量子態無法被克隆，而且任何測量操作都會改變其量子態，因此竊聽者無法在不被發現的前提下獲得任何有效信息。換言之，信息的合法接收者可以從量子態的改變得知信道中存在竊聽，從而終止通信過程。 量子密鑰分發能在通信雙方之間建立無條件安全密鑰，任何可能存在的竊聽行為都將改變信道中的量子態而被通信雙方發現。自BB84協議提出以來，量子密鑰分發技術得到了迅速的發展。實現絕對安全的密鑰分配方案，需要單光子源。然而，目前的技術水平還無法提供這樣的單光子源，因此在實際系統構建中通常將相干光源衰減來近似獲得單光子源。由於衰減後無法避免的存在多光子，通信容易受到光子數分離攻擊，針對這個問題人們提出了誘騙態方案。誘騙態方案的核心思想是，引入一組僅僅在強度上和信號光源不同的光源作為誘騙光源，並將信號光源和誘騙態光源分開考慮其計數率，然後通過兩種光源的總計數率和量子比特錯誤率來估計單光子態的計數率和量子比特錯誤率，從而確保密鑰生成過程的安全性。從誘騙態方案的描述中可知，系統實際構建需要製備兩個不同強度的脈衝光源，並且這兩種脈衝光在信道中的排序是完全隨機的，因此必須要適當的調製才能實現。目前，誘騙態光源實現方法有兩種，一種方法是產生一組具有相同強度的光脈衝序列，然後通過強度調製器對不同光子脈衝施加不同的強度調製，從而實現了兩種強度光脈衝的隨機切換。這種誘騙態光源的實現方法缺點是強度調製器成本較高，需要額外的調製驅動和較精確的時間同步，系統結構較為複雜，而且強度調製器在不同的強度調製下對輸入光的偏振及波長會產生不同的影響，以致輸出的兩束光偏振態不一致，影響量子密鑰的最終誤碼率。另一種方法是使用兩個半導體雷射器，通過不同的驅動脈衝使之分別輸出兩束強度不同的雷射，然後再通過光纖合束器耦合至同一根光纖，這種誘騙態光源的實現方法缺點是採用兩個半導體雷射器設備成本高，尤其兩個半導體雷射器的中心波長不可能完全相同，竊聽者可能通過波長鑑別的方式分辨信號態和誘騙態，對系統的安全性造成極大的威脅。
發明內容
本發明的目的是針對現有技術的不足而設計的一種用於誘騙態量子保密通信的光源發生器，採用兩套相同的電路模塊去驅動同一個半導體雷射器為誘騙態量子保密通信的光源，實現在調製信號的控制下輸出不同強度且隨機排列的光子脈衝序列，使得該光源具有完全相同的中心波長、線寬和出射偏振態，較好的避免了因使用兩個半導體雷射器而導致的光學特性不一致的問題，不需要複雜的光學器件配合和時鐘校準，結構簡單，集成度高，成本低。本發明的目的是這樣實現的一種用於誘騙態量子保密通信的光源發生器，其特點是該光源發生器由兩驅動模塊和半導體雷射器組成，兩驅動模塊通過調節比較器的閾值電平和放大器的增益輸出不同峰值電壓的脈衝信號，由不同峰值電壓的脈衝信號觸發半導體雷射器發出用於誘騙態量子保密通信光源的光脈衝序列；所述驅動模塊由JK觸發器D、高速比較器Comp和差分運放器OP組成，JK觸發器D的Q端串接電容C2後與高速比較器Comp的Vp端連接；JK觸發器D的Q_端和R端串接電容C1 JK觸發器D的Q端和R端串接電阻R1 JK觸發器D的J端和電源輸入端共接電壓\c ;高速比較器Comp的Vn端接可變電阻R2，可變電阻R2 —端接電壓V。。，其另一端接地；高速比較器Comp的Q端串接電容C3後與差分運放器OP正極連接；高速比較器Comp的Q_端串接電容C4後與差分運放器OP負極連 接；高速比較器Comp兩端接偏置電壓\c。本發明與現有技術相比光源具有完全相同的中心波長、線寬和出射偏振態，避免因使用兩個半導體雷射器而導致的光學特性不一致的問題，結構簡單，集成度高，不需要複雜的光學器件配合和時鐘校準，成本低廉，商業化生產和應用前景寬廣。
圖I為本發明結構示意圖 圖2為驅動模塊電路圖
具體實施例方式參閱附圖1，本發明由兩驅動模塊I和半導體雷射器2組成，兩驅動模塊I通過調節比較器的閾值電平和放大器的增益輸出不同峰值電壓的脈衝信號，由不同峰值電壓的脈衝信號觸發半導體雷射器2獲得非常窄的光脈衝序列用於誘騙態量子保密通信的光源，其輸出的雷射波長為1550nm，脈寬小於lOOps，頻率響應範圍可達lkHz_500MHz。兩驅動模塊I採用了完全一致的設計和布線，確保其相對時延誤差在一個很小的範圍內，兩驅動模塊I通過電路布線上的耦合使兩路脈衝信號去驅動同一個半導體雷射器
2。為保證偏置後的窄脈衝幅度超過半導體雷射器2的閾值，需在半導體雷射器2兩端加上偏置電壓Vo;。參閱附圖2，所述驅動模塊I由JK觸發器D、高速比較器Comp和差分運放器OP組成，JK觸發器D的Q端串接電容C2後與高速比較器Comp的Vp端連接；JK觸發器D的Q_端和R端串接電容C1 JK觸發器D的Q端和R端串接電阻R1 JK觸發器D的J端和電源輸入端共接電壓\c ;高速比較器Comp的Vn端接可變電阻R2,可變電阻R2 —端接電壓\c，其另一端接地；高速比較器Comp的Q端串接電容C3後與差分運放器OP正極連接；高速比較器Comp的Q_端串接電容C4後與差分運放器OP負極連接；高速比較器Comp兩端接偏置電壓Vrc。上述JK觸發器D、高速比較器Comp、差分運放器OP和可變電阻R2均設有接地。
所述驅動模塊I是這樣工作的將外部較寬的觸發信號由JK觸發器D的C端接入，為了保證輸出光脈衝序列具有良好的時間穩定性，觸發信號均由相同的時鐘產生，且在同一個時鐘周期內。JK觸發器D將較寬的觸發信號整形為脈寬約為Ins的窄脈衝，通過調節電阻R1、電容C1的大小，改變整形脈衝的寬度。窄脈衝通過隔直電容C2，經由高速比較器Comp進一步壓縮脈衝，通過可變電阻R2調節高速比較器Comp的比較閾值，進而改變輸出脈衝的寬度。由於高速比較器Comp輸出的脈衝不具有驅動雷射器的能力，因而窄脈衝通過隔直電容C3和C4後由低噪聲高速的差分運放器OP將其輸出脈衝放大，最後獲得脈寬窄且驅動能力強的電脈衝輸出。脈衝幅度大小可以通過調節高速比較器Comp的閾值電平和差分運放器OP的增益倍數來實現，以滿足誘騙態光源中對不同光脈衝強度的要求。本發明由於信號頻率高達10 MHz量級，在信號傳輸過程中需要保持良好的阻抗匹配，因而在電路板設計中各元器件之間的連線儘可能短，，以防止信號的展寬、失真以及反射，並選擇靜態電流小、噪聲低的線性穩壓器對整個電路進行供電，確保電路的穩定。以上實施例只是對本發明做進一步說明，並非用以限制本發明專利，凡為本發明·等效實施，均應包含於本發明專利的權利要求範圍之內。
權利要求
1.一種用於誘騙態量子保密通信的光源發生器，其特徵在於該光源發生器由兩驅動模塊和半導體雷射器組成，兩驅動模塊通過調節比較器的閾值電平和放大器的增益輸出不同峰值電壓的脈衝信號，由不同峰值電壓的脈衝信號觸發半導體雷射器發出用於誘騙態量子保密通信光源的光脈衝序列；所述驅動模塊由JK觸發器D、高速比較器Comp和差分運放器OP組成，JK觸發器D的Q端串 接電容C2後與高速比較器Comp的Vp端連接JK觸發器D的Q-端和R端串接電容C1 JK觸發器D的Q端和R端串接電阻R1 JK觸發器D的J端和電源輸入端共接電壓Vcc ;高速比較器Comp的Vn端接可變電阻R2，可變電阻R2 —端接電壓Ncc』其另一端接地；高速比較器Comp的Q端串接電容C3後與差分運放器OP正極連接；高速比較器Comp的Q_端串接電容C4後與差分運放器OP負極連接；高速比較器Comp兩端接偏置電壓V。。。
全文摘要
本發明公開了一種用於誘騙態量子保密通信的光源發生器，其特點是該光源發生器由兩驅動模塊和半導體雷射器組成，兩驅動模塊通過調節比較器的閾值電平和放大器的增益輸出不同峰值電壓的脈衝信號，由不同峰值電壓的脈衝信號觸發半導體雷射器發出用於誘騙態量子保密通信光源的光脈衝序列；所述驅動模塊由JK觸發器D、高速比較器Comp和差分運放器OP組成，本發明與現有技術相比光源具有完全相同的中心波長、線寬和出射偏振態，避免因使用兩個半導體雷射器而導致的光學特性不一致的問題，結構簡單，集成度高，不需要複雜的光學器件配合和時鐘校準，成本低廉，商業化生產和應用前景寬廣。
文檔編號H04B10/85GK102946312SQ20121051310
公開日2013年2月27日 申請日期2012年12月5日 優先權日2012年12月5日
發明者張盛祥, 秦玥, 陳杰, 曾和平 申請人:上海朗研光電科技有限公司