[发明专利]一种基于多芯光纤模分复用的QTTH系统及传输方法

说明书

一种基于多芯光纤模分复用QTTH的系统，包括：OLT端、MDM‑ODN和ONU端，OLT端、MDM‑ODN和ONU端通过光纤依次连接；MDM‑ODN包括模式复用器和模式解复用器，且相互之间通过MCF连接，MCF为异质沟槽辅助型七芯光纤；OLT端包括经典信号发送器、N个DV‑QKD单元和N+1个OLT端的模式转换器，N+1个模式转换器的一端与经典信号发送器连接，另一端与MDM‑ODN的模式复用器连接；ONU包括N个DV‑QKD接收器、经典信号接收器、N+1个ONU端的模式转换器和2N+1个PD以及1个ONU端的OC；N个DV‑QKD接收器分别通过PD与模式解复用器连接；N+1个ONU端的模式转换器与解复用器连接，其中N个ONU端的模式转换器分别通过PD与经典信号接收器连接，剩下一个ONU端的模式转换器经过一个PD和ONU端的OC分别与各个经典信号接收器连接。

技术领域

本发明涉及量子信息领域，尤其涉及一种基于多芯光纤模分复用的QTTH系统及传输方法。

背景技术

经典的FTTH(Fiber To The Home，光纤到户)终端用户亟需解决数据安全性，QC(Quantum Cryptography，量子加密)获得理论证明的绝对安全性受到越来越多的关注。QC、QKD(Quantum Key Distribution，量子密钥分发)的无条件保护协议，可确保两个远程用户方之间的随机比特分布的信息理论安全性。近年来QKD系统，由于设备的兼容性和成本，普遍实用化应用的端到端量子通信网络应用还远未实现。为了降低QKD网络应用的成本，可以利用现有的FTTH网络将QKD和传统光通信集成在一起，以此最大地降低敷设和运营费用。

实现量子和经典融合的常用技术是WDM(Wavelength Division Multiplexing，波分复用)，例如2015年Wei Sun等人提出的基于波分复用的量子密钥分配与千兆位无源光网络的集成实验。但是考虑到光纤的非线性效应和高速传输光信噪比的要求，采用单模光纤的WDM技术已经接近容量的极限，且在线路上都需要额外的设备，会引入格外的串扰和损耗而可能损害最终的安全性，亟需采用新的复用技术来提高光传输容量，增加频谱效率，满足日益增长的容量要求。MDM(Mode Division Multiplexing，模分复用)和SDM(SpaceDivision Multiplexing，空分复用)技术有望解决传输容量的问题。

1982年，MDM由S.Berdague和P.Facq首次提出，他们利用空间滤膜选择激发渐变折射率多模光纤的两个低阶模式进行传输，传输10米后两个模式之间的串扰小于-20dB，由此证明模分复用在短距离传输中的可行性。但其采用的多模光纤存在模式色散、模间串扰和较大损耗等一系列问题，而本专利采用的多芯光纤可以有效减小模式色散，其异质沟槽型结构能够进一步降低模间串扰和非线性损耗。MDM是指利用光纤中相互正交的各个模式作为一个独立的信道来传输信息的一种复用方式，本质上是光的多输入输出过程。MDM按技术理念可分为基于涡旋光纤的OAM(Orbital Angular Momentum，轨道角动量)、少模光纤和多芯光纤的模分复用。

OAM模式的环形分布使得各模式之间具有不易干扰的优势，但其携带的光束易受外界环境的影响，只能在涡旋光纤等特殊光纤中传播。不少学者提出利用少模光纤进行模分复用，例如2015年Yuanxiang Chen等人提出地利用自身非线性检测的新型MDM-PON(Passive Optical Network：无源光纤网络)方案用于高速/容量接入网络。少模光纤通过仅激励少量模式的方法有效降低了模式色散，其较大的模场半径可以有效抑制非线性效应，但其不可避免的存在较强的模间色散和模式耦合效应。

本专利通过模分复用技术实现QKD和FTTH融合，与其他方案将比，在扩大传输容量和增强安全性的基础上，采用异质沟槽型辅助七芯光纤进一步降低了模间耦合，增大了模场有效面积。

“现有技术专利：(CN208015742U)提供了一种量子密钥分发与PON设备共纤传输的系统，但共纤传输使用的是基于单模光纤的波分复用技术，已经接近通信容量的极限。”