[发明专利]量子密钥分配系统中电光强度调制器闭环控制系统及方法

说明书

本发明公开了一种量子密钥分配系统中电光强度调制器闭环控制系统及方法，包括激光器、电光强度调制器IM、分束器、光电转换模块、锁相放大器模块、直流偏置模块、A/D转换模块、D/A转换模块、偏压驱动模块和FPGA主控模块，激光器与电光强度调制器IM连接，电光强度调制器IM与分束器连接，分束器的一端与光电转换模块连接，光电转换模块与锁相放大器模块连接，锁相放大器模块与直流偏置模块连接，直流偏置模块与A/D转换模块连接，A/D转换模块与FPGA主控模块连接；本发明利用锁相放大器模块构成的IM直流工作点实时反馈与自校准的控制方案，解决了QKD系统由于诱骗态制备模块的安全威胁问题。

技术领域

本发明涉及量子密钥分配系统，具体涉及一种量子密钥分配系统中电光强度调制器闭环控制系统及方法。

背景技术

目前绝大多数实用的光纤量子密钥分配系统（以下简称QKD）中都采用经过强衰减的弱相干激光作为理想的单光子源，而这种光源有一定的几率在一个光脉冲里同时含有多个光子，这样窃听者就可以在不被发现的情况下通过截取多余的光子来获得信息。为了应对这一威胁，人们提出了诱骗态BB84量子密钥分配协议来防御攻击。

目前诱骗态的产生主要有两种方案：一种是内调制方案，即采用不同幅度的电流脉冲信号驱动激光器，从而产生不同强度的光信号；另一种是外调制方案，即激光器产生固定强度的光信号，然后使用电光强度调制器（以下简称IM）来产生不同强度的光信号。对于内调制方案，由于不同幅度驱动电流在时域上的差别，可能导致诱骗态在时域上存在差别，窃听者就可以区分信号态和诱骗态。外调制方案是当前QKD系统中最常用的一种方案，同时也是高速QKD系统的应用趋势。LiNbO3晶体是目前用于制作IM最常用的材料，它不仅具备较高的调制速率，同时具备非常高的消光比。

QKD系统中，IM主要加载射频调制信号和直流偏压信号。射频调制信号用以制备诱骗态，直流偏压信号用以稳定IM的直流工作点。但是由于IM自身结构的原因，当发生机械振动或者环境温度等其它因素发生变化时，会引起IM的直流工作点发生向左、向右缓慢的非线性漂移，这样就可能出现光强涨落的情况。导致QKD系统工作不稳定，同时带来安全性隐患。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足提供一种量子密钥分配系统中电光强度调制器闭环控制系统及方法，本量子密钥分配系统中电光强度调制器闭环控制系统及方法利用调制解调的方法提取出电光强度调制器IM直流工作点漂移的低频信号。通过FPGA主控模块对漂移情况进行监测，实时调整电光强度调制器IM的直流偏压，使得电光强度调制器IM始终处于设定的工作点。该方案可以实现电光强度调制器IM直流工作点的自动控制，使电光强度调制器IM以稳定的消光比持续工作，保证QKD系统安全制备诱骗态，极大提高了QKD系统的稳定性和安全性。

为实现上述技术目的，本发明采取的技术方案为：

一种量子密钥分配系统中电光强度调制器的闭环控制系统，包括激光器、电光强度调制器IM、分束器、光电转换模块、锁相放大器模块、直流偏置模块、A/D转换模块、D/A转换模块、偏压驱动模块和FPGA主控模块，所述激光器与电光强度调制器IM连接，所述电光强度调制器IM与分束器连接，所述分束器的一端与光电转换模块连接且另一端用于连接量子信道，所述光电转换模块与锁相放大器模块连接，所述锁相放大器模块与直流偏置模块连接，所述直流偏置模块与A/D转换模块连接，所述A/D转换模块与FPGA主控模块连接，所述FPGA主控模块分别与锁相放大器模块、D/A转换模块、偏压驱动模块和电光强度调制器IM连接，所述D/A转换模块与偏压驱动模块连接，所述偏压驱动模块与电光强度调制器IM连接。

作为本发明进一步改进的技术方案，所述光电转换模块包括PIN光电二级管和前置放大电路，所述分束器与所述PIN光电二级管连接，所述PIN光电二级管与所述前置放大电路连接，所述前置放大电路采用跨阻运算放大器。