[发明专利]产生高速皮秒窄脉冲激光的装置及方法

说明书

 

技术领域

本发明涉及一种量子加密通信领域的量子光和同步光生成过程的脉冲产生装置及方法，尤其涉及一种产生高速皮秒窄脉冲激光的装置及方法。

背景技术

目前，1GHz以下的皮秒激光器已较为成熟，国际上已有商业化的产品。德国Advanced Laser Diode的10ps数量级脉冲激光器工作频率为10MHz；日本HAMAMATSU的20ps激光器工作频率为100MHz；瑞士IDQ的脉冲激光器工作频率为500MHz。本装置的工作频率可达到1GHz，脉冲宽度最小可达50ps数量级，性能远远优于现有的产品。

量子密钥分配系统是基于量子的不可克隆性和不确定性，这使得量子密钥分配系统具有物理上的安全特性，从而可以做到经典通信系统无法做到的信息的安全传输。在量子密钥分配系统中，需要量子光和同步光来实现量子通信。通常使用单光子源作为量子光，但真正的单光子源实现技术非常困难，目前只能使用弱相干光来代替单光子源。弱相干光缺点实现较为复杂，而高速皮秒级窄脉冲激光经衰减后达到单光子水平，即可进行量子操作实现量子通信。对于量子光和同步光复用一根光纤的量子密钥分配系统，同步光极易对量子光产生干扰，这就要求同步光的脉宽和时间抖动越小越好，通常要求脉宽在100ps数量级，时间抖动jitter小于100ps，而高速皮秒级窄脉冲激光的脉宽最小可达50ps，时间抖动小于30ps，极大程度上保证了通信的可靠性，因而在量子密钥分配系统中起着至关重要的作用。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种输出稳定的量子加密通信领域的量子光和同步光生成过程的脉冲产生装置及方法，本量子加密通信领域的量子光和同步光生成过程的脉冲产生装置及方法能够适用于量子光和同步光复用一根光纤的量子密钥分配系统，以及激光测距、荧光测量、过程分析等领域，并且本量子加密通信领域的量子光和同步光生成过程的脉冲产生装置及方法的具有简洁、方便、低成本的特点，尤其是在使用时便于整个系统量子密钥分配系统的管理。

为解决上述技术问题，本发明采取的技术方案为：产生高速皮秒窄脉冲激光的装置，其特征在于：包括控制模块、信号驱动模块、恒流补偿模块、温度控制模块和激光管；所述激光管自带TEC；所述控制模块分别与信号驱动模块、恒流补偿模块、温度控制模块电连接；所述信号驱动模块、恒流补偿模块、温度控制模块又分别与激光管电连接；所述控制模块通过信号驱动模块将输入的触发信号转化成射频驱动信号并将射频驱动信号输出给激光管，以驱动激光器在恒定的温度下工作输出激光；所述控制模块通过温度控制模块控制激光管的工作温度，使激光器在恒定的温度下工作；所述控制模块通过恒流补偿模块控制补偿电流的大小，使激光器为恒流输出。进一步的，所述信号驱动模块包括依次电连接的扇出芯片、延时芯片、逻辑芯片和驱动芯片，所述扇出芯片、延时芯片、逻辑芯片和驱动芯片依次直流耦合；所述扇出芯片用于将输入的一路触发信号分为四路信号，其中一路作为同步信号输出，两路输出给延时芯片；所述延时芯片用于对输入两路信号分别设置不同的延时并输出给逻辑芯片；所述逻辑芯片用于对两路信号分别设定逻辑运算，然后输出经过逻辑运算后的信号给驱动芯片；所述驱动芯片将经过逻辑运算后的信号转化为射频驱动信号并输出发给激光管；所述控制模块包括MCU和与MCU电连接的数模转换芯片；所述MCU分别与延时芯片和驱动芯片电连接；所述数模转换芯片分别与驱动芯片、恒流补偿电路和温度控制电路电连接；所述控制模块根据预先设定的激光管的工作温度值，并通过控制激光管中自带的TEC制冷或者制热使激光器工作在恒定的温度；所述控制模块通过恒流补偿电路控制补偿电流的大小，使激光管输出为恒流。

本发明采取的另一技术方案为：产生高速皮秒窄脉冲激光的方法，其特征在于包括以下步骤：1）输出射频驱动信号：控制模块输出控制信号给信号驱动模块，信号驱动模块根据控制信号将输入的触发信号转化成射频驱动信号并将射频驱动信号输出给激光管，以驱动激光器在恒定的温度下工作输出激光，所述激光管自带TEC；2）温度控制：在步骤1）的同时，所述控制模块还通过温度控制模块控制激光管的工作温度，使激光器在恒定的温度下工作；3）恒流补偿：在步骤1）的同时，所述控制模块通过恒流补偿模块控制补偿电流的大小，使激光器为恒流输出。