[发明专利]一种电光强度调制器偏置电压的控制装置及其控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及量子保密通信技术领域，具体涉及到一种马赫-曾德尔Mach-Zehender型电光强度调制器偏置电压的控制装置及其控制方法。

背景技术

随着计算机技术的发展和网络应用的普及，信息的安全性显得越发重要，对保密算法要求也越来越高，一些曾经广泛使用的或者现在正在普遍使用的经典保密通信不断出现被破译的现象，而且随着量子计算机的发展，几乎所有的经典保密通信将会不再安全，迫切需要新的保密通信方式出现，量子保密通信应运而出。量子保密通信系统的安全性是基于物理学的基本原理，利用单量子作为密钥传输的载体，并和经典保密通信领域中唯一被证明是安全的等长度的一次一密的密码体制相结合，为信息安全领域提供了一种可行的，理论上被证明绝对安全的通信机理。量子力学的测不准原理和未知量子态不可克隆原理保证了单量子态用于密钥分配的理论安全性。铌酸锂电光强度调制器是人们研究得最多也是运用得最多的光调制器，是量子保密通信系统的重要器件，也是高速光通信系统中最有前途的器件，国际上铌酸锂电光调制器的调制带宽已达到100GHZ以上，40Gbps调制器已成为主流技术，所以它在光纤通信外调制领域具有重要的应用。

铌酸锂电光强度调制器由于其自身结构的原因，环境温度、机械振动、机械扭曲，外界声音等因素都会引起其偏置工作点的缓慢漂移，导致一些重要参数如消光比随之变化。量子保密通信系统主要采用弱相干脉冲来代替单光子源实现量子密钥的方法。弱相干光脉冲通常由电光强度调制器对窄带激光源进行外调制获得。由于其直流工作点漂移，影响了输出光脉冲的消光比，导致系统工作的不稳定，并带来潜在的安全性问题。因此保证电光强度调制器直流工作点稳定是至关重要的。

量子通信中对强度调制器的直流点的控制，与经典通信中有所不同，量子通信采用准单光子源进行通信，要求强度调制器被偏置在输出最小光强的点，从而不影响单光子探测器的响应，如果直接将光信号转换成电信号通过微处理器进行控制，光功率对应的输出的电信号与偏置电压的关系是非单调的，直接控制比较困难。

发明内容

本发明为克服现有技术中量子保密通信电光调制器偏置电压的非单调性及直接控制困难的不足，提供一种电光强度调制器偏置电压的控制装置及其控制方法，解决铌酸锂M-Z型电光强度调制器的直流点漂移问题，从而稳定输出光脉冲的消光比。

为实现上述目的，本发明的技术方案为：

一种电光强度调制器偏置电压的控制装置，包括顺次连接的光电转换电路模块、锁相放大器电路模块、A/D转换电路模块、微处理器、驱动电路模块。

电光强度调制器输出的脉冲经光分束器分成两束，一部分用于通信，一部分接光电转换电路模块的信号输入端进行控制，光电转换电路模块将脉冲信号转换为电压信号，再利用锁相放大器电路模块提取出直流点漂移的低频信号，通过A/D转换电路模块转换为微处理器可以处理的数字信号，微处理器对漂移情况进行监测，用微处理器对驱动电路模块进行控制，使电光强度调制器处于合适的工作点。

所述光电转换电路模块包括光探测器和跨阻放大电路，所述跨阻放大电路的信号输出端与锁相放大器电路模块的输入端连接。光电转换电路模块输出的电信号包括三部分，一种是加在电光强度调制器RF端用于通信的脉冲光转换的调制信号，一种是加在电光强度调制器DC端的小参考信号输出光强转换的电参考信号，最后是加在电光强度调制器DC端直流信号输出光强转换的电信号，当然也存在着一些噪声信号。三部分叠加进入锁相放大器电路模块的输入端。

所述锁相放大器电路模块包括顺次连接的相敏检测器、三级低通滤波器及运算放大电路。锁相放大器电路模块可以提取出与其参考信号同频的信号，而把不同频率的信号作为噪声滤掉，噪声和用于通信的调制信号与锁相放大器电路模块的参考信号同频的概率很低，所以锁相放大器电路模块只输出与参考信号同频的信号，然后将其放大，以满足A/D转换电路模块的输入要求。锁相放大器电路模块输出的电压的大小，能来反映出电光强度调制器直流点的漂移的情况，从而进行控制。

所述A/D转换电路模块，用于获取能反映直流点漂移的模拟信号，并将此信号转换成数字信号，主要包括运算放大器电路和A/D转换电路。

所述微处理器，根据上述A/D转换电路模块采样到的数字信号的变化，用微处理器对驱动电路模块进行控制。

所述驱动电路模块，为电光强度调制器提供偏置电压，主要包括D/A转换电路和运算放大电路。其中该模块中D/A芯片的精度决定了电光强度调制器偏置电压的步进大小，也决定了控制的偏置电压与光强最小的最适工作点的接近程度。