[发明专利]光数据传输系统

说明书

一种光数据传输系统和方法，其用于在光发射机处：将第一波长的光数据信号转换到第二波长；在光路径上以第二波长将光数据信号发送到光接收机；并且在路径上以第一波长将包括单光子流的单光子信号发送到接收机。光路径被配置成承载不同波长的光信号，并且光路径使第一波长的信号衰减小于光路径使第二波长的信号衰减。该光数据传输系统和方法用于在接收机处：接收第一波长的单光子信号并且接收第二波长的光数据信号；以及将光数据信号转换到第一波长以用于检测。

本发明总体涉及光通信并且涉及单光子(例如QKD)信号的传送。

通过使用一个或更多个加密密钥来加密数据，然后在相同的端点之间传输该密钥和加密数据，可以实现数据在光纤上的安全传输。数据传输可以经由完全不同的路径，并且甚至通过与密钥不同的传输介质。然而，通常有利的是，数据传输在与密钥传输相同的光纤上进行。不同的光波长将在商业上可用的光纤上经历不同水平的衰减，数据传输通常利用经历最低衰减的波长。

量子密钥分配(Quantum-key distribution，QKD)使用量子原理来建立传输密钥的完全安全方法。该技术依赖于调制单光子，然后通过光纤传输该单光子。在光纤上传输QKD流期间所经历的衰减减少到达接收机的光子的数量。光子被接收的速率确定了最终密钥速率，并且如果衰减太高，则QKD可能变得不能工作。

光纤上的数据传输通常利用1.5um光波段，因为损耗较低，并且光通信设备的供应商广泛地生产用于1.5um(微米)的数据传输的设备。例如，用于1.5um波长的光放大器(称为掺铒光纤放大器(EDFA：Erbium doped fibre amplifier))是广泛可用的。数据可以在光纤上通过多个波长同时被发送，所有波长都在1.5um光波段中，并且这被称为密集波分复用(DWDM：Dense Wavelength Division Multiplexing)。

在同一光纤上发送QKD密钥和数据的传统解决方案是在次佳选定波长(即1.3um)上传输QKD密钥，但是QKD密钥比数据对衰减更敏感。

另一种解决方案是使QKD密钥和数据都以1.5um被传输，并且采用先进的技术来限制干扰。这些先进的技术可以包括显著地降低数据信道功率电平，并且提供QKD信道的先进滤波，例如，接收机被选通以仅在预先分配的时隙中接受光子的时间滤波。然而，降低数据信道功率电平可能导致不可靠传输，而时间滤波已被证明难以在商业光网络中实现。

Jansen,S.L.(2006).Optical phase conjugation in fiber-optictransmission systems；Eindhoven:Technische Universiteit Eindhoven DOI:10.6100/IR610247描述了光相位共轭。

因此，在第一方面，本发明提供了一种光数据传输系统，该光数据传输系统包括：通过光路径连接的光发射机和光接收机，其中，光路径被配置成承载不同波长的光信号；其中，光路径使第一波长的信号衰减小于该光路径使第二波长的信号衰减。发射机被配置成将第一波长的光数据信号转换到第二波长，并且在光路径上以第二波长将光数据信号发送到接收机，并且发射机被配置成在光路径上以第一波长将包括单光子流的单光子信号发送到接收机。接收机被配置成接收第一波长的单光子信号并且接收第二波长的光数据信号，并且将该光数据信号转换到第一波长以用于检测。

以这种方式，与数据信号相比对衰减更敏感的单光子信号(诸如QKD键)在光路径上具有最佳衰减特性。本发明得到针对QKD系统的增加的范围和可靠性。

因此，在第二方面，本发明提供一种光数据传输方法，该光数据传输方法包括：在光发射机处，将第一波长的光数据信号转换到第二波长；在光路径上以第二波长将光数据信号发送到光接收机；以及在光路径上以第一波长将包括单光子流的单光子信号发送到接收机。光路径被配置成承载不同波长的光信号，并且光路径使第一波长的信号衰减小于该光路径使第二波长的信号衰减。该方法还包括：在接收机处，接收第一波长的单光子信号并且接收第二波长的光数据信号；以及将该光数据信号转换到第一波长以进行检测。