[发明专利]基于量子密钥分发的频率锁定与相位稳定方法及系统

说明书

本申请提供一种基于量子密钥分发的频率锁定与相位稳定方法及系统，该系统包括：频率锁定系统，该频率锁定系统包括：超稳激光器，用于输出两地独立激光源；拍频模块，用于获取两地独立激光源的拍频信号；频谱分析仪，用于根据拍频信号测定两地独立激光源之间的频率差；锁定与调谐模块与所述频率标准仪连接；频率标准仪，用于给锁定与调谐模块提供外设的频率标准；锁定与调谐模块，用于基于频率标准，根据频率差将两个独立激光源之间的频率调谐为一致，以及移除所述超稳激光器输出频率中固有的线性漂移量。本申请实现了量子密钥分发过程中，两地独立激光源之间的频率锁定，使得两地独立激光源的参考光信号和量子光信号的相位稳定。

技术领域

本申请涉及量子保密通讯技术领域，尤其涉及一种基于量子密钥分发的频率锁定与相位稳定方法及系统。

背景技术

量子保密通信是一种无条件安全的通信方式。基于量子密钥分发技术，通信双方可共享无条件安全的密钥，该密钥可通过一次一密的方式加密需传输的经典信息，从而保证信息的绝对安全。

为推广量子密钥分发的实用化，提高密钥生成速率和增加传输距离一直是关键的两个问题。新型双场(Twin-Field)量子密钥分发协议基于第三方Charlie的单光子的干涉响应，使得通信双方Alice和Bob建立关联关系，密钥生成速率和距离的平方根成线性关系，为超远距离、高密钥生成速率的新型量子密钥分发系统建立了理论基础。但是双场协议的实现条件非常严苛，为保证在第三方实现高可见度的相位场干涉，一方面需要保证通信双方的独立激光源的频率一致性，另一方面需要保证超长距离光纤传输后相位的稳定性。

现有技术使用光学锁相环，通过光鉴相器提取主激光器和从激光器之间的相位误差，输出的误差信号作为反馈信号实时调谐从激光器的输出频率，使得两个激光器同频同相。但是该方案中主激光器和从激光器之间需要架设光纤进行频率锁定，系统复杂，而且原则上通信双方的激光器没有做到互相独立。

现有技术通过时分复用方案，利用未调制的参考光信号监控长距离光纤传输中相位的变化情况，从而调节传输链路中的相位调制器或者编码端的相位调制器，实现对量子光信号的相位漂移的实时校准。该方案中较强的参考光信号会引入一定的干扰噪声，但减少其光强又会减少长距离传输后在第三方探测到的粒子数，从而降低相位变化监控的准确性。这种相互制约的关系，使得时分复用的方案无法保证更长距离传输中相位校准的准确性。

发明内容

本申请的目的在于提供一种基于量子密钥分发的频率锁定与相位稳定方法及系统，通信双方分别使用超稳激光器作为信号源，完成频率校对后即可无限拉远，不再需要服务光纤作为频率锁定的传输媒介。通信过程中采用频分复用的相位稳定方案，可避免参考光信号和量子光信号之间的干扰，还可大大降低量子光信号的相对相位漂移速率，有利于双场量子密钥分发的实现，从而突破传输距离的极限。

为达到上述目的，本申请提供一种基于量子密钥分发的频率锁定与相位稳定系统，该系统包括：基于两地独立激光源的频率锁定系统，该频率锁定系统包括：超稳激光器、拍频模块、频谱分析仪、锁定与调谐模块和频率标准仪；所述超稳激光器，用于输出两地独立激光源；所述拍频模块与所述超稳激光器连接，所述拍频模块用于获取两地独立激光源的拍频信号；所述频谱分析仪与所述拍频模块连接，所述频谱分析仪用于根据拍频信号测定两地独立激光源之间的频率差；所述锁定与调谐模块与所述频率标准仪连接；所述频率标准仪，用于给所述锁定与调谐模块提供外设的频率标准；所述锁定与调谐模块，用于基于频率标准，根据两地独立激光源之间的频率差将两个独立激光源之间的频率调谐为一致，以及移除所述超稳激光器输出频率中固有的线性漂移量。

如上的，其中，所述锁定与调谐模块包括电光调制器和声光调制器，所述电光调制器，用于基于频率标准，根据两地独立激光源之间的频率差将两个独立激光源之间的频率调谐为一致；所述声光调制器，用于移除所述超稳激光器输出频率中固有的线性漂移量。