[发明专利]用于稳定输出极弱光的光强控制方法、装置及量子密钥分发设备

说明书

本发明提出了一种用于稳定输出极弱光的光强控制方法、装置和量子密钥分发设备。其中，借助独特的光路设计以及标定和自动校准过程，可以无需直接监测极弱光的光强，仅借助简单的控制过程，实现对单光子水平光强的稳定控制，使得在量子密钥分发设备中精确且稳定地生成单光子水平信号光成为可能。

技术领域

本发明涉及量子保密通信领域，特别涉及一种用于稳定输出极弱光(例如单光子水平)的光强控制方法和装置、以及量子密钥分发设备。

背景技术

由于单光子源技术复杂度高，目前主流的量子密钥分发设备采用的都是基于诱骗态协议实现的弱相干光源，其中需要将相干光衰减至特定的平均光子数水平(例如单光子水平，即低于平均1个光子每脉冲)。为此，精确的光强控制显得尤为重要，若设备出口光强比设计值强，将存在安全漏洞；若设备出口光强比设计值弱，虽然没有安全漏洞，设备的安全成码率将降低，影响设备的性能。

由于量子密钥分发设备需要对相干光进行诱骗态和量子态编码，往往涉及很多有源和无源光学器件，其插损会随温度变化而产生波动，为此会影响设备I/O处的光强，使设备实际出口光强偏离设计值。一般的，可以直接在I/O处增加光分束器，对其中一分束端的光强进行监测，再调节光路中的可调光衰减器或者强度调制器，使最终由I/O输出的光强符合设计值。

然而，量子密钥分发设备出口光强很弱，一般系统的平均光子数均小于0.5光子每脉冲，对于重复频率仅有百兆赫兹的系统，对应出口光强已弱于-80dBm(即弱于10pW)。为此，若直接在设备I/O处使用光分束器和光强监测装置进行监测，需要光强监测装置能够探测极弱光。随着需监测光强功率的降低，要实现高精度的监测，技术复杂度和成本均很高。

发明内容

针对现有技术中存在的不足，本发明提出了一种用于稳定输出极弱光的光强控制方法和装置，以及量子密钥分发设备。其中，通过合理地设计光强控制装置，分别在两个特定光路位置上设置光分束单元和光功率检测单元，并且借助特定的标定过程和自动校准过程，可以无需直接监测极弱光的光强，仅借助简单的光强控制结构和控制过程，实现对例如单光子水平的极弱光的光强的稳定控制，使得例如在量子密钥分发设备中精确且稳定地生成单光子水平的信号光成为可能。

具体而言，本发明的第一方面涉及一种用于稳定输出极弱光的光强控制装置，其特征在于包括第一光功率衰减单元、第一光分束单元、第一光功率检测单元、第二光功率衰减单元、第二光分束单元、第二光功率检测单元、以及控制单元，其中：

所述第一光功率衰减单元被设置成接收输入光；

所述第一光分束单元具有合束端以及第一和第二分束端，其中，所述合束端连接所述第一光功率衰减单元的输出端，所述第一分束端连接所述第二光功率衰减单元的输入端，所述第二分束端连接所述第一光功率检测单元；

所述第二光分束单元具有合束端以及第一和第二分束端，其中，所述合束端连接所述第二光功率衰减单元的输出端，所述第一分束端连接所述光强控制装置的输出端，所述第二分束端连接所述第二光功率检测单元；

所述控制单元被设置用于根据所述第一和第二光功率检测单元测得的功率，控制所述第一光功率衰减单元的衰减值。

可选地，所述第一光功率衰减单元包括可调光衰减器或者光强调制器；以及/或者，所述第二光功率衰减单元包括光衰减器、可调光衰减器或光强调制器。

可选地，所述第一和/或第二光功率检测单元包括光电二极管；以及/或者，所述第一和/或第二光分束单元包括光分束器。

优选地，所述输入光承载有量子态编码信息。

可选地,所述极弱光的光强可以为单光子水平。