基于低速DAC控制调制器的高速QKD系统实现方法及发射端

摘要

本发明公开了基于低速DAC控制调制器的高速QKD系统实现方法及发射端，发射端的FPGA控制触发bMHz的同步光激光器产生bMHz的同步光；第N个量子光激光器、第N个调制器以及第N个DAC组成第N路；FPGA控制触发同步光的同时，发射端的FPGA以轮询的方式触发N路量子光激光器发光；n路量子光的触发频率均为b/n MHz；每一路的DAC同样以b/n MHz的频率控制调制器分别对每一路的量子光进行调制，并通过FPGA将调制信息回传给上位机模块；发射端的同步光与量子光通过波分复用器进行合光后通过干路发送给接收端；本发明发射端通过轮询触发n路量子光，使用低速DAC控制调制器，实现高速QKD系统。

说明书

技术领域

本专利涉及使用低速DAC控制调制器实现高速QKD系统及方法，尤其涉及一种基于低速DAC控制调制器的高速QKD系统实现方法及发射端。

背景技术

量子通信具有效率高，窃听可知性，通信保密性好，无电磁波辐射，通信隐蔽性好等优良特性。随着通信速率的不断发展，人们对高速QKD系统的需求越来越迫切。传统QKD系统收发端分别使用单个调制器，如图1所示，由FPGA通过DAC给调制器加载不同的电压值完成对量子光调制，这使得QKD的运行速度由调制速度决定，若要提高QKD的运行速度，则需要更快的调制速率，即需要更高速的DAC器件；例若QKD系统工作频率为aMHz，此时收发端DAC工作频率均为aMHz，调制器(相位/偏振)的频率为aMHz；若要将QKD系统工作频率提升至bMHz甚至更高时，DAC的工作频率相应需要提升至bMHz甚至更高，调制器(相位/偏振)的频率为bMHz甚至更高；a和b均用于标示工作频率的数值，其取值根据实际系统确定；若继续提高QKD系统工作频率，则DAC器件的速度需要进一步提高才能满足要求，这对现有的DAC器件是极大的挑战，甚至无法满足要求。

发明内容

本专利所要解决的问题是针对速度较低的DAC器件无法完成高速调制限制了高速QKD系统实现的不足，提出一种基于低速DAC控制调制器的高速QKD系统实现方法及发射端，本专利与原有使用收发两端均使用单个低速DAC控制完成调制的QKD系统相比，在工作频率上可提升n倍，如使用aMHz的DAC控制完成调制(相位/偏振)，则该QKD系统可实现n*aMHz的运行速率。

为解决上述技术问题，本发明采取的技术方案为：基于低速DAC控制调制器的高速QKD系统实现方法，其特征在于包括以下步骤：

第一步，通过发射端的FPGA控制触发bMHz的同步光激光器产生bMHz的同步光；

第二步，所述量子光激光器为N个，调制器为N个、DAC也为N个；第一个量子光激光器、第一个调制器以及第一个DAC组成第一路；第二个量子光激光器、第二个调制器以及第二个DAC组成第二路；以此类推，第N个量子光激光器、第N个调制器以及第N个DAC组成第N路；在发射端的FPGA控制触发同步光的同时，发射端的FPGA以轮询的方式触发N路量子光激光器发光；n路量子光的触发频率均为b/n MHz；

第三步，与发射端每一路量子光的触发频率为b/n MHz相对应，每一路的DAC同样以b/n MHz的频率控制调制器分别对每一路的量子光进行调制，并通过FPGA将调制信息回传给上位机模块；

第四步，发射端的同步光与量子光通过波分复用器进行合光后通过干路发送给接收端；所述干路上的光为一个同步光后面跟着一个量子光，两个相邻同步光和两个相邻量子光之间均为1/b us；即QKD系统频率为bMHz。

进一步的，第五步，接收端的调相DAC以b/n MHz(相对发射端的n路量子光使用不同调制，接收端使用了n个相同的调制)的频率控制接收端的调制器对接收端收到的量子光进行调制，并将调制信息回传给接收端的上位机模块；

还包括第六步，发送端的上位机模块和接收端的上位机模块对收到的调制信息进行对基、纠错、保密放大的后处理操作，得到最终的安全密钥。

进一步的，当发射端的第1个同步光触发时，发射端FPGA触发第1路量子光激光器发光；当发射端的第2个同步光触发时，发射端FPGA触发第2路量子光激光器发光；第N个同步光触发时，触发第n路量子光激光器发光；第N+1个同步光触发时，触发第一路量子光激光器发光；以此类推。

为实现上述技术目的，本发明采取的另一种技术方案为：一种基于低速DAC控制调制器的高速QKD系统发射端，包括FPGA、同步光激光器、量子光激光器、调制器、DAC、波分复用器和上位机模块；FPGA用于控制触发同步光激光器产生同步光；FPGA还用于通过DAC给调制器加载不同的电压值，以完成对量子光激光器发出的量子光调制；波分复用器用于将同步光与量子光进行合光后通过干路发送给接收端；其特征在于：

所述量子光激光器为N个，调制器为N个、DAC也为N个；第一个量子光激光器、第一个调制器以及第一个DAC组成第一路；第二个量子光激光器、第二个调制器以及第二个DAC组成第二路；以此类推，第N个量子光激光器、第N个调制器以及第N个DAC组成第N路；FPGA通过第一路DAC给第一路调制器加载不同的电压值，以完成对第一路量子光激光器发出的量子光调制；FPGA通过第二路DAC给第二路调制器加载不同的电压值，以完成对第二路量子光激光器发出的量子光调制；以此类推，FPGA通过第N路DAC给第N路调制器加载不同的电压值，以完成对第N路量子光激光器发出的量子光调制；FPGA还用于将调制后的每一路的量子光的调制信息回传给上位机模块，上位机模块用于完成收发两端的对基、纠错及保密放大的后处理过程。

进一步的，当发射端的第1个同步光触发时，发射端FPGA触发第1路量子光激光器发光；当发射端的第2个同步光触发时，发射端FPGA触发第2路量子光激光器发光；第N个同步光触发时，触发第n路量子光激光器发光；第N+1个同步光触发时，触发第一路量子光激光器发光；以此类推。

本发明的基于低速DAC控制调制器的高速QKD系统实现方法及发射端是基于低速的DAC器件控制调制器(相位/偏振)实现的高速QKD系统实现方法及发射端。本发明发送端使用一路同步光、n路量子光、n个相位调制器及n个低速DAC的量子密钥分发结构；一个发射端通过轮询触发n路量子光，使用低速DAC控制调制器(相位/偏振)，实现高速QKD系统。

本发明实现的高速QKD系统的发射端采用n路低速DAC分别控制n个调制器，接收端仍然使用一路DAC控制一个调制器，相对原有QKD系统，在发送端使用了n路量子光激光器、n路DAC以及n个调制器，如图2所示。与原有使用收发两端均使用单个低速DAC控制完成调制的QKD系统相比，在工作频率上可提升n倍，如使用aMHz的DAC控制完成调制(相位/偏振)，则该QKD系统可实现n*aMHz的运行速率。

附图说明

图1为现有技术中收发端均使用单调制器的QKD系统框图。

图2 为本发明的系统框图。

下面结合附图对本发明的具体实施方式做进一步说明。

具体实施方式

实施例1

参见图2，本基于低速DAC控制调制器的高速QKD系统实现方法，包括以下步骤：

第一步，通过发射端的FPGA控制触发bMHz的同步光激光器产生bMHz的同步光；

第二步，所述量子光激光器为N个，调制器为N个、DAC也为N个；第一个量子光激光器、第一个调制器以及第一个DAC组成第一路；第二个量子光激光器、第二个调制器以及第二个DAC组成第二路；以此类推，第N个量子光激光器、第N个调制器以及第N个DAC组成第N路；在发射端的FPGA控制触发同步光的同时，发射端的FPGA以轮询的方式触发N路量子光激光器发光；例如，当发射端的第1个同步光触发时，发射端FPGA触发第1路量子光激光器发光；当发射端的第2个同步光触发时，发射端FPGA触发第2路量子光激光器发光；第N个同步光触发时，触发第n路量子光激光器发光；第N+1个同步光触发时，触发第一路量子光激光器发光；以此类推；n路量子光的触发频率均为b/n MHz；

第三步，与发射端每一路量子光的触发频率为b/n MHz相对应，每一路的DAC同样以b/n MHz的频率控制调制器分别对每一路的量子光进行调制，并通过FPGA将调制信息回传给上位机模块；

第四步，发射端的同步光与量子光通过波分复用器进行合光后通过干路发送给接收端；所述干路上的光为一个同步光后面跟着一个量子光，两个相邻同步光和两个相邻量子光之间均为1/b us；即QKD系统频率为bMHz；

第五步，接收端的调制DAC以b/n MHz(相对发射端的n路量子光使用不同调制，接收端使用了n个相同的调制)的频率控制接收端的调制器对接收端收到的量子光进行调制，并将调制信息回传给接收端的上位机模块；

发送端的上位机模块和接收端的上位机模块对收到的调制信息进行对基、纠错、保密放大的后处理操作，得到最终的安全密钥。

实施例2

参见图2，本基于低速DAC控制调制器的高速QKD系统发射端用于实现实施例1所述的基于低速DAC控制调制器的高速QKD系统实现方法的，相同之处不再详述。本基于低速DAC控制调制器的高速QKD系统发射端包括FPGA、同步光激光器、量子光激光器、调制器、DAC、波分复用器和上位机模块；FPGA用于控制触发同步光激光器产生同步光；FPGA还用于通过DAC给调制器加载不同的电压值，以完成对量子光激光器发出的量子光调制；波分复用器用于将同步光与量子光进行合光后通过干路发送给接收端；所述量子光激光器为N个，调制器为N个、DAC也为N个；第一个量子光激光器、第一个调制器以及第一个DAC组成第一路；第二个量子光激光器、第二个调制器以及第二个DAC组成第二路；以此类推，第N个量子光激光器、第N个调制器以及第N个DAC组成第N路；FPGA通过第一路DAC给第一路调制器加载不同的电压值，以完成对第一路量子光激光器发出的量子光调制；FPGA通过第二路DAC给第二路调制器加载不同的电压值，以完成对第二路量子光激光器发出的量子光调制；以此类推，FPGA通过第N路DAC给第N路调制器加载不同的电压值，以完成对第N路量子光激光器发出的量子光调制；FPGA还用于将调制后的每一路的量子光的相位信息回传给上位机模块，上位机模块用于完成收发两端的对基、纠错及保密放大的后处理过程。