[发明专利]一种基于快速偏振反馈的量子密钥分发系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种量子密钥分发系统，具体涉及一种基于快速偏振反馈的量子密钥分发系统。

背景技术

量子保密通信与经典加解密相比，其保密通信原理是无条件安全的。将量子保密通信运用于电力传输网络，可以确保电力传输网络的核心数据安全。量子保密通信通常使用光纤信道作为传输途径；然而在电力网中，光纤链路通常采用架空光缆铺设；使用架空光缆传输QKD信号时，由于光缆本身的行业特点以及电力架空线路通常铺设在几十米高的铁塔上，线路受到大风、霜冻等天气环境的扰动，使电力架空线路中光偏振发生剧烈变化，这对使用单光子偏振态作为密钥成码的量子密钥分配系统造成很大的影响，甚至导致电力架空线路无法正常工作。因此，提供一种能够在电力架空环境下确保量子保密稳定、可靠通信的量子密钥分发系统显得尤为重要。

发明内容

为了满足现有技术的需要，本发明提供了一种基于快速偏振反馈的量子密钥分发系统，所述系统包括设置在电力架空光缆两端的量子密钥分发发射装置和量子密钥分发接收装置；所述量子密钥分发发射装置包括通过单模光纤分别与光环行器相连的QKD发射端和快速偏振反馈接收端；所述量子密钥分发接收装置包括通过单模光纤分别与光环行器相连的QKD接收端和快速偏振反馈发射端；

所述QKD接收端用于接收量子密钥；所述快速偏振反馈发射端用于发射和调制线偏振光；所述QKD发射端用于发射所述量子密钥；所述快速偏振反馈接收端用于接收和解调所述线偏振光。

优选的，所述量子密钥分发发射装置的光环行器通过所述单模光纤与所述电力架空光缆相连；所述量子密钥分发接收装置的光环行器通过单模光纤与电控偏振控制器相连；所述快速偏振反馈接收端通过反馈回路与所述电控偏振控制器相连；所述电控偏振控制器通过单模光纤与所述电力架空光缆相连；

所述电控偏振控制器依据所述快速偏振反馈接收端输出的偏振参考光测试数据反馈补偿所述电力架空光缆中的所述线偏振光；

优选的，所述快速偏振反馈接收端通过激光器输出的线偏振光作为偏振反馈参考光，所述线偏振光的偏振度为1；

优选的，所述电控偏振控制器为压电陶瓷挤压光纤型偏振控制器；所述电控偏振控制器包括依次设置在光纤传输方向上的0°压电陶瓷挤压件、45°压电陶瓷挤压件和0°压电陶瓷挤压件；

优选的，所述电控偏振控制器的偏振反馈控制方法为：

步骤1：依据所述偏振参考光测试数据设置电控偏振控制器挤压轴的偏压值，量子密钥传输信号的入射偏振态依据所述偏压值改变传输方向；所述偏压值不超过所述电控偏振控制器挤压轴的驱动电压；

步骤2：获取单光子探测器的光子计数值C_r；

步骤3：将所述光子计数值C_r与阈值C_th进行比较；若C_r≥C_th，则返回步骤1设置另一个所述电控偏振控制器挤压轴的偏压值，执行步骤2；若C_r＜C_th，则结束偏振反馈控制；

优选的，所述电控偏振控制器挤压轴包括0°挤压轴、45°挤压轴和0°挤压轴；依次增加三个所述电控偏振控制器挤压轴的偏压值，从而获得满足C_r＜C_th的所述偏压值，所述入射偏振态依据所述偏压值改变传输方向。

与最接近的现有技术相比，本发明的优异效果是：

1、本发明技术方案中，采用与正常QKD相反的光纤链路用于快速偏振跟踪反馈，能够迅速检测架空光缆中的量子密钥传输信号的偏振变化并补偿该变化量，保证架空光缆另一端的QKD设备正常工作；

2、本发明技术方案中，采用光环行器耦合偏振反馈光和量子密钥分发信号光，可以实现不同方向上传输同一波长的偏振参考光，以保证偏振变化对波长的一致性；

3、本发明技术方案中，采用快速偏振反馈发射端发射和调制线偏振光；快速偏振反馈接收端接收和解调线偏振光，可以与QKD密钥分发的同时，实现线路偏振的稳定，而不中断QKD系统，提高密钥分发的效率；

4、本发明技术方案中，采用电控偏振控制器依据快速偏振反馈接收端输出的偏振参考光测试数反馈补偿电力架空光缆中的线偏振光，实现快速的偏振补偿功能，且电控偏振控制器插损损耗低，不影响QKD系统整体链路插损；