[发明专利]一种用于量子密钥分配系统中自适应光纤长度的延时补偿方法

说明书

技术领域

本发明属于量子密钥分配技术领域，具体涉及一种用于量子密钥分配系统中自适应光纤长度的延时补偿方法，用于测量并计算同步光和量子光的相对延时，并在发送端加入延时补偿。

背景技术

量子密钥分配系统中，会使用两种不同波长的光，一种光强较强叫做同步光，用于给接收端单光子探测器开门；另一种是光强衰减到单光子水平的叫做量子光，用来传递量子信息。发送端在发送这两种光时，会根据系统实际运行情况调整两种光的相对延时，使二者相互间隔一段时间，避免同步光对量子光的干扰。其中量子光在发送端会经过一个F-M干涉环，产生两个相关的量子光，光纤上实际传输信号如图1所示。

在理想情况下发送端按照T1、T2、T3时间间隔发送数据，接收端也会接收到相同时间间隔的光子序列。但是，由于同步光和量子光的波长不一致，两种光在光纤中的速度是不一样的。导致同步光会比量子光超前，在量子密钥分配系统中，如果光脉冲重复频率不高且光纤信道长度较短时，同步光和量子光之间的相对位移与光脉冲的周期相比可以忽略不计，但是在超过100MHz重复频率或光纤信道较长的量子密钥分配系统中，两者之间的位移与周期达到同一量级，同步光和量子光距离非常接近甚至交叠，此时量子光会受到较为严重的串扰，造成误码率上升甚至造成系统无法正常工作。因此，如何设计一种补偿量子密钥分配系统中同步光和量子光的相对延时的系统和方法成为本领域亟需解决的问题。

发明内容

本发明针对现有技术的不足，设计并开发出一种用于量子密钥分配系统中自适应光纤长度的延时补偿装置和方法，其中，根据不同的光纤信道长度，测量并计算同步光和量子光的相对延时，然后在发送端加入延时补偿，使两者到达接收端时的相对位置与理想情况一致，避免同步光对量子光产生串扰。解决在同一根光纤中不同波长光源传输速度不同造成的延时漂移问题。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：本发明提供了一种用于量子密钥分配系统中自适应光纤长度的延时补偿方法。根据本发明的实施例，实现该方法的装置包括发送端、接收端以及位于两者之间的单根光纤，所述发送端包括：处理器、定时器、经典光激光器、同步光激光器、量子光激光器、电控衰减器、波分复用器和经典光光探测器，其特征在于,所述方法包括以下步骤：

1) 光纤信道测距：

a)开启发送端和接收端的定时器，

b)所述发送端利用经典光激光器发送一组光数据，在发送数据的同时，对发送端定时器进行采样，记时间为T₁；

c) 接收端接收到这一组数据时，对接收端定时器进行采样，记时间为T₂；

d）接收端对进入信号进行解析、封包，再回传一组数据给发送端，并在发送的同时，对接收端定时器进行采样，记时间为T₃；

e）发送端接收到回传数据时，再次对发送端定时器进行采样，记时间为T₄；

f）根据公式：，计算经典光在信道上的传播时间：

g）根据公式：，计算该单根光纤信道的长度L，其中，C为光在真空的光速；

2)延时计算及补偿：

h）根据色散系数公式，计算出1550nm波段范围的色散系数M，其中，所述M₀为-0.095，λ₀是零色散波长，光纤中λ₀为1300nm；

i）根据公式，计算同步光和量子光在该光纤中的传播时间的差值，其中所述λ₁为同步光波长，λ₂为量子光波长，

j）将同步光和量子光的传播时间差，加载到同步光的通路，使得同步光与紧随其后的量子光的间距补偿结果为：T1’= T₁+ΔT，同步光与前一次的量子光的间距补偿结果为：T3’= T₃-ΔT，其中，T1’和T3’分别为补偿后的时间。

根据本发明的实施例，在所述测距之前，还包括经典光握手连接阶段，其中,调节发送端电控衰减器的衰减，使得在发送最小的光功率的条件下，接收端误码率低于10^-6。

根据本发明的实施例，在所述延时计算及补偿之后，还包括测试阶段，通过查看此时系统误码率或测试接收端单光子探测器的暗计数，来测试补偿的效果。

根据本发明的实施例，测试接收端单光子探测器的暗计数时，关掉量子光激光器，仅发送同步光，判断计数是否与单光子探测器的暗计数相同。