[发明专利]用于对激光源、探测器、光学器件测试的装置及其测试方法

说明书

本发明公开了一种用于对激光源、探测器、光学器件测试的装置及其测试方法，该装置包括测试电路，测试电路中的控制器能够与人机交换设备相连接，测试电路中包括能够与单光子探测器设备上的相应端口相连接的时钟驱动器、输入比较器、分光器以对单光子探测器设备进行测试，还包括能对激光源进行测试的激光发射电路、对单光子探测器设备中的单光子APD管以及APD管、PIN管进行响应度测试的相应电路，并能够测试出APD管和PIN管的温度‑响应度曲线、光强‑响应度曲线以及APD管的反向偏置电压‑响应度曲线。本发明的装置及其测试方法能够覆盖现有的常用测试，且能保障测试合格的激光源、探测器、光学器件可靠应用于量子保密通信领域。

技术领域

本发明涉及量子保密通信技术领域，具体地说是一种用于对激光源、探测器、光学器件测试的装置及其测试方法。

背景技术

现有的量子保密通信领域中，激光源采用DFB激光器进行发光；在现有的厂商进行DFB激光器测试中通常在激光器的正极和RF-或DC-端增加一个电源（电压源或者电流源），通过调节电源电压大小（或者电流大小）来测试激光器的发光光谱、P-I曲线以及功率稳定性等。现有厂家DFB激光器的出厂测试示意图如图1所示，该方案能够测试出DFB激光器的一些通用的参数及技术指标。在经典通信应用中，通常将DC-端加载的电流值较大（远大于其阈值电流(Ith)值），通过改变RF-端的电流大小产生不同的发光脉冲，激光器始终处于发光状态。DFB激光器厂家的测试方案非常适用于经典通信领域。

但现有的DFB激光器的测试方法与量子保密通信领域中的使用方法存在较大差异，量子保密通信领域中DFB激光器发光为了保障发光相位随机性，在设计中一般采用在DC-端加载电流小于阈值电流(Ith)，而RF-端上加载一个较大的窄脉冲电流实现DFB激光器的发光控制。故DFB厂家的激光器出厂测试与量子保密通信领域中的应用差异较大，不能很好的测试在量子保密通信领域中DFB激光器的发光特性。例如：现有的DFB厂家激光器测试方法不能对DFB激光器RF-端增加一个窄脉冲电流（要求脉冲宽度在百ps量级），无法测试出DFB激光器在不同的窄脉冲电流和DC-端增加电流组合下的消光比、光谱等特性。

单光子探测技术是量子保密通信领域中的核心技术之一。目前，量子保密通信领域中的单光子探测器主要基于InGaAs/InP材料的雪崩二极管APD作为其探测元件。它的工作模式是通过在APD管上加上高于雪崩电压的偏置电压使其处于“盖革”模式，当单光子到达APD管上一定概率触发APD管发生“自持雪崩”，产生较大的雪崩电流，通过后级处理电路完成对其进行检测，从而实现单光子的探测。为了保障单光子探测器的连续探测，必须在雪崩发生后、下一个光子到达前淬灭该雪崩过程，目前通用的方式采用门控模式实现雪崩过程的淬灭。

量子保密通信中，为了保障QKD过程生成密钥的安全性，通常对探测器设备中多通道单光子探测器的探测效率、暗计数概率、后脉冲概率、有效门宽等性能提出相对严格的匹配要求。目前，各大厂商对单光子探测参数测试提出了不同的测试条件。例如：瑞士IDQ公司、美国PrincetonLightwave公司以及中国科大国盾公司都提出了不同的测试方法，其中科大国盾“一种单光子探测器的测试装置及其测试方法”中较为详细的提出了单光子探测器的各个技术指标的测试方法。科大国盾提出的一种单光子探测器的测试装置及其测试方法的技术方案如图3所示。科大国盾公司提出的测试方法为：通过上位机软件实现测试中的参数下发和数值计算、统计；主控电路中输出光源触发驱动信号给窄脉冲光源，窄脉冲光源发光后在经过光衰减器产生单光子用于测试，同时主控电路中的门控触发信号驱动送给单光子探测器模块，延时调节在主控电路（测试工装）中实现，单光子探测器模块输出的计数送给主板电路上进行数据处理后得到单光子探测器模块的探测效率、暗计数概率、后脉冲概率、有效门宽等计数指标。科大国盾提出的“一种单光子探测器的测试装置及其测试方法”能够有效的解决单光子探测器在量子保密通信领域中相关技术指标测试问题。但是，单光子探测器的探测效率在产品运行中会受环境变化而产生一定的影响，通常需要分析单光子APD管的响应度是否发生变化，现有的测试装置及其测试方法无法实现该功能；同时，现有的测试装置需要提供外部的窄脉冲光源和光衰减器，占用较多的设备和仪器。