[发明专利]量子密钥分发系统与PON设备共纤传输方法及系统

说明书

本发明提供一种量子密钥分发系统与PON设备共纤传输方法及系统，PON设备的光线路终端和量子密钥分发系统的接收端相连，多个PON设备的光网络单元和多个量子密钥分发系统的发送端对应相连；量子密钥分发系统与PON设备共纤传输方法包括：分别根据从量子密钥分发系统检测到的量子噪声信息对PON设备的上行信号和下行信号进行自适应衰减；在经过共同传输所述量子密钥分发系统的量子信号和PON设备的经典光信号的共纤传输线路后，分别根据PON设备的工作功率对PON设备的上行信号和下行信号进行自适应放大。本发明提出了一种QKD系统与PON设备共纤传输方案，并且可以有效解决QKD系统与PON设备共纤传输的距离匹配适应问题。

技术领域

本发明涉及量子通信技术领域，特别是涉及一种量子密钥分发系统与PON设备共纤传输方法及系统。

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单个光子或纠缠光子对作为密钥的载体，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。

随着用户对通信带宽需求的提高，光通信已经通过各种协议直接进入大众的家中。无源光网络(Passive Optical Network，PON)就是其中的典型，PON一般包含一个光线路终端(Optical Line Terminal，OLT)、1：N光分束器(Beam Splitter，BS)和N个光网络单元(Optical Network Unit，ONU)。OLT一般放置在通信服务运营商的机房中，而ONU一般位于用户端。PON的传输距离一般为20km。它的下行通信采用广播，上行通信为了避免冲突，采用时分复用模式。PON有多种协议标准，比如Gigabit Passive Optical Network(GPON)和

Ethernet PON(EPON)，以及高带宽的10G-PON，XG-PON，WDM PON和WDM/TDM PON。PON一般有相同的基本波长计划，上行使用1310nm波长和下行使用1490nm波长。

实现QKD系统与PON设备共纤传输，不仅能够实现量子密钥分发到普通用户，而且能够节约大量宝贵的光纤资源，从而节约大量的成本。

但是量子信号光与经典光通信波分复用，与经典光不同信道之间的波分复用有很大的不同，由于量子光信号的出光功率只有约1光子/脉冲，而经典光的每个脉冲的平均光子数比量子信号高约70dB，所以量子信号很容易被经典光信号淹没。

要实现QKD与经典光通信波分复用，一般需要通过多级滤波来抑制经典光源以及伴随掺铒光纤放大装置的自发辐射中含有的与量子信号波长相同的带内噪声。其次，需要有很高的隔离度来降低经典强光被QKD接收方直接探测到的概率，也就是带外噪声。这两项噪声与入射光功率成正比，一般称为线性串扰噪声。

事实上，波分复用最大的挑战来自经典强光产生的自发拉曼散射以及四波混频效应造成的影响。实验指出，在短距离光纤传输，并且存在多个经典光通信信道时，非线性的四波混频效应占主导，而在长距离光纤传输时，线性拉曼散射效应占主导。对于四波混频，可以通过多种方法抑制其产生，一是降低经典光的发光功率，二是将量子信号与经典信号在偏振上处于正交状态，三是增加经典信道的波长间隔，四是选择QKD的波长信道，使得四波混频的乘积项落在QKD波长带宽之外。光纤中的拉曼散射主要来自自发拉曼散射，是一种线性效应，散射强度与经典光强成正比。

线性串扰噪声和自发拉曼噪声都与经典光强成正比，所以为了降低波分复用对QKD的影响，有时不得不适当降低经典光强，这样会降低经典光通信距离。