[实用新型]便携式光源位置自动校准系统

说明书

技术领域

本实用新型涉及量子保密通信领域，尤其是一种校准量子密钥分发（QKD）中光源位置的系统，具有量子密钥分发设备在工业化和产品化方面的实用性。

背景技术

量子密钥分发（Quantum Key Distribution，QKD）与经典密钥体系的根本不同在于，其采用光子的不同量子态作为密钥的载体，由量子力学的基本原理保证了该过程的不可窃听、不可破译性，从而提供了一种更为安全的密钥体系。

在目前实用QKD系统中，发送方的设计一般包括主控制部分和光源发送部分，如图1所示。主控制部分控制光源驱动信号的产生，并且该信号经过延时单元后，输出给光源发送部分的激光器。各路激光器产生的光脉冲经过光路模块的合束后，最终形成一路光信号，再经过光纤传输至系统的接收方。

现实中基于弱相干光源的QKD系统，由于仪器设备的不完美和传输信道损耗的存在，给光子数分离（PNS）攻击提供了可乘之机。为了抵抗这种攻击，发送方Alice在真实的信号之间加入一定比例的诱骗态信号（图2中幅度较低的为诱骗态信号）发送给接收方Bob，通信双方通过测量和比较诱骗态信号的传输特性来检测是否存在PNS攻击。在系统安全性方面，QKD系统的发送方在每个发光时刻上随机选择不同的信号态或诱骗态进行发送，但是如果各路光脉冲到达系统接收方时，相对位置不稳定，就会给窃听者留下攻击QKD系统的漏洞，攻击者能根据光脉冲到达的不同时刻判断出哪些是信号态，哪些是诱骗态，从而只针对信号态进行PNS攻击，这样诱骗态的使用便失去了意义。

因此，为保证系统的安全性，要求接收方接收到的光脉冲具有时间上的不可分辨性，即当发送方按固定的周期产生各路光源驱动信号时，最终在光纤上传输的也应是一串具有固定的周期的光脉冲信号；若通过示波器余辉模式观察，各路光脉冲的位置应保持一致，如图2所示。然而，实际的系统中，发送方发射的光信号经过光路，由于不同的路径差，最终通过光纤传输时，各路光脉冲之间的相对位置是不固定的，如图3所示。

从主控制部分出口处的光源驱动信号到最终在光纤上传输的光脉冲信号，这之间的路径上引起时延误差的因素主要包括(图1所示)：

1）主控制部分出口处的光源驱动信号到激光器之间的路径（1），由于PCB布线或是其他传输介质等因素的影响，会存在不精确相等；

2）激光器的尾纤（2）的长度不严格相等；

3）光路模块中各种光学器件（3）引起的不同延时。

基于上述，为保证量子密钥分发系统的安全性，出厂前，每一台QKD设备均需要校准光源位置。如图4所示，现有的技术方案中，在校准光源位置时，配合使用外部辅助测量设备（如示波器、单光子探测器等），通过PC机控制软件，人工手动下发延时单元的延时值，最终使得经光路模块输出到光纤上的各路光脉冲信号满足时间上不可分辨的要求。

现有技术存在的主要缺点如下：

1）需要高精度的外部辅助测量设备（如示波器、单光子探测器等）做支持，成本比较高；

2）外部辅助测量设备通常不方便移动，需要配合PC机上的控制软件才能完成校准工作，操作不够灵活便捷；

3）手动下发的延时值是通过观察示波器上的信号波形，或通过统计单光子探测器的最大计数得到的一个估计值，往往需要进行多次这样的手动校准操作才能达到要求，且一次只能对一路光源位置进行校准，对多路光源位置的校准需要逐次进行，因而整个校准的过程比较耗时，工作量较大，可重复性较差，操作较复杂。

实用新型内容

本实用新型提出了一种成本低、操作简单灵活的便携式光源位置自动校准系统，在QKD运行之前，利用该系统通过自动设置各路延时值的方式，完成对各路光源位置的同时校准。

本实用新型采用以下技术方案解决上述技术问题：

请参阅图5所示，本实用新型便携式光源位置自动校准系统包括：光电转换模块、时间测量模块、位置偏移计算模块、延时控制模块、板级通信接口和系统开关。

光电转换模块与时间测量模块相连接，位置偏移计算模块与时间测量模块和延时控制模块相连接，系统开关与延时控制模块相连，延时控制模块的对外接口为板级通信接口。

进一步地，所述便携式光源位置自动校准系统还包括校准结果指示LED,校准结果指示LED与位置偏移计算模块相连。

该光源位置自动校准系统为便携式系统，上述光电转换模块、时间测量模块、位置偏移计算模块、延时控制模块、板级通信接口、校准结果指示LED和系统开关均集成在一块单板上实现。