[实用新型]一种基于模分复用的量子-经典共纤传输的系统

说明书

本实用新型公开了一种基于模分复用的量子‑经典共纤传输的系统，包括2个经典信号发送器、QKD发送器、第一模式复用器、第二模式复用器、EDFA、模式解复用器、MIMO数字信号处理单元、2个经典信号接收器、QKD接收器和传输链路。传输链路采用少模光纤传输，其中包含有N个掺铒光纤放大器。接收端包括模式解复用器、数字信号处理MIMO、2个经典信号接收器和QKD接收器。本实用新型在采用模分复用增大传输容量的基础上，能够根据经典信号和量子信号接收端的误码率自动的调节掺铒光纤放大器中泵浦光的功率，减小MDM系统中MDL损伤。

技术领域

本实用新型涉及量子保密通信领域，尤其涉及一种基于模分复用的量子-经典共纤传输的系统。

背景技术

光纤凭借其大容量、抗干扰性强、低损耗等优势，已成为目前网络传输的主要媒介。随着社会信息化进程的不断加快，人们对光纤容量的需求不断增加，各国的研究人员不断地尝试利用光纤的各个自由度，如时间、频率、偏振态、相位等，研究不同的复用技术来扩大光纤的容量，但这些都是利用单模光纤来实现的。然而，随着光纤容量的增长，这些系统内光纤的非线性效应越来越强，已逐渐接近光纤非线性传输的香农极限。

量子密码学是利用量子物理基本原理来保证信息传递的安全性的，从理论上来讲是具有无条件安全性的。量子密钥分发(QKD，Quantum Key Distribution)是发展的最为成熟的量子密码技术。QKD在发送方Alice与接收方Bob之间使用单光子来传输密钥信息，由于单光子容易受到其他信号的影响，目前QKD网络主要采用单根光纤来传输量子信号。

为了节省QKD网络铺设的成本，可以将QKD网络与现有的经典通信网络结合在一起，使量子信号与经典信号共纤传输。常用的技术是波分复用(WDM，Wavelength DivisionMultiplexing)，但由于光纤容量的不断增加，采用单模光纤的WDM技术已经到达非线性传输的极限。

基于少模光纤(FMF，Few-mode Fiber)的模分复用(MDM，Mode DivisionMultiplexing)技术有望解决传输容量的问题。MDM是指利用相互正交的模式分别承载一路信号在同一根光纤中传输，极大地提升了系统的容量。少模光纤凭借其较大的模场面积，相比于单模光纤，有效的降低了非线性效应。

在长距离传输过程中，每40-120公里就需要插入掺铒光纤放大器(EDFA，Erbium-doped fiber amplifier)将信号功率提升至发射状态，但EDFA的模式增益差会引起模式相关损耗(MDL,Mode Dependent Loss)，这是最主要的链路损伤之一，为了减小MDL，要使EDFA尽可能的为所有模式提供相同的增益。MDL会破坏传输模式之间的正交性，影响系统的传输容量，并且会随着距离的增加而累积。因此，找出一种减小MDL影响的方法对量子-经典融合系统尤为重要。

“现有技术专利：(CN 108667530)提供了一种经典光强自调节量子信号与经典信号复用的传输系统，但其使用的是基于单模光纤的波分复用技术，并且其反馈调节的是衰减经典信号的衰减系数，并没有考虑光纤放大器中产生的MDL。”

“现有技术专利：(CN 109039589)提供了一种量子信号与经典信号复用光纤传输的装置和方法，但其是根据接收方终端的噪声反馈信息自动调整衰减系数来衰减经典信号，并未考虑放大器中产生的MDL，并且使用的是基于单模光纤的波分复用技术，非线性效应较大。”

“现有技术专利：(CN 108631904)提供了一种基于格基规约的模分复用系统损伤补偿方法，但方法较为复杂，并且没有使用QKD技术，安全性能欠佳。”

实用新型内容