一种量子密钥分发光源监控装置及其监控方法与流程

本发明属于量子密钥分发技术领域，尤其涉及一种量子密钥分发光源监控装置及其监控方法。

背景技术：

量子通信是量子力学的和信息理论结合的产物，量子密钥分发是量子通信中最为接近实用化的方向。量子密钥分发主要是利用光子偏振态的编码传送密钥信息。目前，由BB84协议发展而来的量子密钥分发都需要单光子源，单光子的不可分割性和不可复制性可以保证量子密钥分发的安全性。

然而，由于技术所限理想的单光子源都不存在，因此现有技术中一般都采用弱相干光源代替理想单子光源在进行量子密钥分发。经过理论验证，采用弱相干光源代理理想单光子源也能够在一定的条件里保证量子密钥分发的安全性，但是需要保证弱相干光源的平均光子数在1个以下，并且在密钥分发过程中光源的波动不能超过5％，因此，在量子密钥分发的过程中实时监控光源的平均光子数成为实现量子密钥分发的一个必备技术。

参见图1所示，目前监控量子密钥分发光源的技术，是通过在光源总衰减前的一个分束器引出一个功率检测口进行人工监测，当光源波动超过5％时，即停止密钥的分发，这种监控方式不能区分光源的抖动来自于四个偏振方向光源中的哪个，无法根据功率检测口检测到的功率来实时反馈控制发生抖动的光源，导致量子密钥分发的效率低下。

技术实现要素：

本发明实施例的目的在于提供一种量子密钥分发光源监控装置及其监控方法，旨在解决现有的量子密钥分发光源的监控方式不能区分光源的抖动来自于四个偏振方向光源中的哪个，无法根据功率检测口检测到的功率来实时反馈控制发生抖动的光源，导致量子密钥分发的效率低下的问题。

本发明实施例是这样实现的，一种量子密钥分发光源监控装置，包括分别在每个偏振光源的光路上设置的与所述偏振光源连接的可调衰减器、与所述可调衰减器连接的分束器以及与所述分束器连接的功率检测口，其中：

所述分束器，用于将所述偏振光源输出的光信号分出一束，用以进行光源监控；

所述功率检测口，用于将所述光信号转换为模拟电信号，并计算出所述模拟电信号的功率；

所述可调衰减器，用于供用户根据所述模拟信号的功率调节所述偏振光源输出的光信号的衰减，以实时控制所述偏振光源。

在上述技术方案的基础上，每个偏振光源的光路上还设置有连接在所述功率检测口和所述可调衰减器之间的控制器，其中：

所述控制器，用于判断所述模拟信号的功率是否符合预设要求，若不符合预设要求，则根据所述模拟信号的功率控制所述可调衰减器调节所述偏振光源输出的光信号的衰减。

在上述技术方案的基础上，所述控制器具体用于：

判断所述模拟信号的功率是否等于预设功率阈值，若不等于预设功率阈值，则根据所述模拟信号的功率控制所述可调衰减器调节所述偏振光源输出的光信号的衰减，使衰减后的光信号所对应的模拟电信号的功率等于所述预设功率阈值。

在上述技术方案的基础上，若所述预设功率阈值为Pt，则有Pt＝hcfpA/λ；

其中，h为普朗克常量，c为光速，f为偏振光源的频率，λ为偏振光源的波长，A为所述偏振光源所在光路的光信号的固定光衰减量，p为预设的每个脉冲光源的平均光子数。

在上述技术方案的基础上，所述预设的每个脉冲光源的平均光子数的取值范围为小于1的正数。

本发明实施例的另一目的在于提供一种量子密钥分发光源监控装置的监控方法，其中，所述量子密钥分发光源监控装置包括分别在每个偏振光源的光路上设置的与所述偏振光源连接的可调衰减器、与所述可调衰减器连接的分束器以及与所述分束器连接的功率检测口，所述监控方法包括：

通过各光路上的所述分束器分别将各光路上所述偏振光源输出的光信号分出一束，用以进行光源监控；

通过各光路上的所述功率检测口分别将各偏振光源输出的光信号转换为模拟电信号，并计算出各模拟电信号的功率；

通过各光路上的所述可调衰减器分别根据各模拟信号的功率调节各偏振光源输出的光信号的衰减，以实时控制各个偏振光源。

在上述技术方案的基础上，每个偏振光源的光路上还设置有连接在所述功率检测口和所述可调衰减器之间的控制器，其中，所述通过各光路上的所述可调衰减器分别根据各模拟信号的功率调节各偏振光源输出的光信号的衰减，以实时控制各个偏振光源具体包括：

通过所述控制器判断所述模拟信号的功率是否符合预设要求，若不符合预设要求，则根据所述模拟信号的功率控制所述可调衰减器调节所述偏振光源输出的光信号的衰减。

在上述技术方案的基础上，所述通过所述控制器判断所述模拟信号的功率是否符合预设要求，若不符合预设要求，则根据所述模拟信号的功率控制所述可调衰减器调节所述偏振光源输出的光信号的衰减具体包括：

判断所述模拟信号的功率是否等于预设功率阈值，若不等于预设功率阈值，则根据所述模拟信号的功率控制所述可调衰减器调节所述偏振光源输出的光信号的衰减，使衰减后的光信号所对应的模拟电信号的功率等于所述预设功率阈值。

在上述技术方案的基础上，若所述预设功率阈值为Pt，则有Pt＝hcfpA/λ；

其中，h为普朗克常量，c为光速，f为偏振光源的频率，λ为偏振光源的波长，A为所述偏振光源所在光路的光信号的固定光衰减量，p为预设的每个脉冲光源的平均光子数。

在上述技术方案的基础上，所述预设的每个脉冲光源的平均光子数的取值范围为小于1的正数。

实施本发明实施例提供的一种量子密钥分发光源监测装置及其监测方法具有以下有益效果：

本发明实施例通过分别在每个偏振光源的光路上设置与所述偏振光源连接的可调衰减器、与所述可调衰减器连接的分束器、与所述分束器连接的功率检测口以及与所述功率检测口和所述可调衰减器连接的控制器，其中：所述分束器，用于将所述偏振光源输出的光信号分出一束，用以进行光源监控；所述功率检测口，用于将所述光信号转换为模拟电信号，并计算出所述模拟电信号的功率；所述可调衰减器，用于供用户根据所述模拟信号的功率调节所述偏振光源输出的光信号的衰减，以实时控制所述偏振光源，从而可以在光源波动较大时准确的区分出光源的抖动来自于四个偏振方向光源中的哪个，并可以通过可调衰减器根据该光源所在功率检测口检测到的功率来实时反馈调节发生抖动的光源的衰减，避免了任何一路的光源抖动所造成的量子密钥分发的中断，提高了密钥分发的效率。

附图说明

图1是现有技术提供的一种量子密钥分发光源监控装置的应用示意图；

图2是本发明实施例提供的一种量子密钥分发光源监控装置的应用示意图；

图3是本发明另一实施例提供的一种量子密钥分发光源监控装置的应用示意图；

图4是本发明实施例提供的一种量子密钥分发光源监控装置的监控方法的示意流程图；

图5是本发明另一实施例提供的一种量子密钥分发光源监控装置的监控方法的示意流程图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

图1是现有技术提供的一种量子密钥分发光源监控装置的应用示意图。参见图1所示，量子密钥分发系统包括水平偏振光源“V”、垂直偏振光源“H”、右斜45度偏振光源“+”、左斜45度偏振光源“—”、第一偏振分束器PBS1、第二偏振分束器PBS2、半波片HWP、总分束器BS以及总衰减器F-ATT，其中水平偏振光源“V”和垂直偏振光源“H”经第二偏振分束器PBS2输入至总分束器的一个支路，右斜45度偏振光源“+”和左斜45度偏振光源“—”经第一偏振分束器PBS1和半波片HWP输入至总分束器BS的另一个支路，由总分器BS将两支路光信号进行汇总后再经总衰减器F-ATT对总光源信号进行衰减后再进行量子密钥分发。现有的量子密钥分发光源监控方法是直接在总分束器的输出端引出一个功率检测口MON进行人工监测，当总分束器BS输出端的光源波动超过5％时，即停止密钥的分发，这种监控方式不能区分光源的抖动来自于四个偏振方向光源中的哪个，无法根据功率检测口检测到的功率来实时反馈控制发生抖动的光源，导致量子密钥分发的效率低下。

为了克服现有的量子分发光源监控方法存在的上述缺陷，本发明实施例提供了一种量子密钥分发光源监控装置。图2示出了本发明实施例提供的一种量子密钥分发光源监控装置的应用示意图。为了便于说明仅仅示出了与本实施例相关的部分。

参见图2所示，本实施例提供的一种量子密钥分发光源监控装置包括分别在每个偏振光源的光路上设置的与所述偏振光源连接的可调衰减器R-ATT1～R-ATT4、分别与所述可调衰减器R-ATT1～R-ATT4连接的分束器BS1～BS4以及分别与所述分束器BS1～BS4连接的功率检测口MON1～MON4，其中：

所述分束器BS1～BS4，用于将所述偏振光源输出的光信号分出一束，用以进行光源监控；

所述功率检测口MON1～MON4，用于将所述光信号转换为模拟电信号，并计算出所述模拟电信号的功率；

所述可调衰减器R-ATT1～R-ATT4，用于供用户根据所述模拟信号的功率调节所述偏振光源输出的光信号的衰减，以实时控制所述偏振光源。

在本实施例中，偏振光源与可调衰减器之间、可调衰减器与分束器之间、分束器与功率检测口之间可通过光纤器件或者自由空间连接。

本实施例提供的一种量子密钥分发光源监控装置由于在每路偏振光源所在的光路中均引入了一个功率检测口，因此可以分别对每路偏振光源进行单独监测，从而区分出哪一路的光源发生了抖动，并且由于每路偏振光源所在的光路上均设置有一个可以用以调节光源衰减量的可调衰减器，因此可以使用户通过可调衰减器根据各光路上的监测结果实时调整各条光路上的偏振光源的衰减，以使其满足量子密钥分发的要求，进而可以避免任何一路的光源抖动所造成的量子密钥分发的中断，提高了密钥分发的效率。

图3示出了本发明另一实施例提供的一种量子密钥分发光源监控装置的应用示意图。为了便于说明仅仅示出了与本实施例相关的部分。

参见图3所示，相对于上一实施例，本实施例提供的一种量子迷药分发光源监控装置还包括每个偏振光源的光路上设置的连接在所述功率检测口和所述可调衰减器之间的控制器CPU1～CPU4，其中：

所述控制器CPU1～CPU4，用于判断所述模拟信号的功率是否符合预设要求，若不符合预设要求，则根据所述模拟信号的功率控制所述可调衰减器调节所述偏振光源输出的光信号的衰减。

进一步的，所述控制器CPU1～CPU4具体用于：

判断所述模拟信号的功率是否等于预设功率阈值，若不等于预设功率阈值，则根据所述模拟信号的功率控制所述可调衰减器调节所述偏振光源输出的光信号的衰减，使衰减后的光信号所对应的模拟电信号的功率等于所述预设功率阈值。

进一步的，若所述预设功率阈值为Pt，则有Pt＝hcfpA/λ；

其中，h为普朗克常量，c为光速，f为偏振光源的频率，λ为偏振光源的波长，A为所述偏振光源所在光路的光信号的固定光衰减量，p为预设的每个脉冲光源的平均光子数。

进一步的，所述预设的每个脉冲光源的平均光子数的取值范围为小于1的正数。优选的，在本实施例中，所述预设的每个脉冲光源的平均光子数为0.1个，这样可以使得弱相干光源最接近理想的单光子源。

在本实施例中，由于在每个偏振光源所在的光路中均设置有一连接在功率检测口和可调衰减器之间的控制器，因此每条光路中均可以通过所述控制器来实现根据功率检测口输出的功率反馈控制所述可调衰减器调节偏振光源的衰减量，以使各条光路上的偏振光源均满足量子密钥分发的要求的目的，其无需用户手动控制可调衰减器，因此，相对于上一实施例，效率更高，并且实时性更好。

需要说明的是，本实施例提供的一种量子密钥分发光源监测装置中的其他部件均与图2所示实施例所提供的监测装置中的相同，因此，在此不再赘述。

因此，可以看出，本实施例提供的一种量子密钥分发光源监测装置同样可以区分出是哪一路的光源发生了抖动，并且可以通过控制器自动控制可调衰减器根据各光路上的监测结果实时调整各条光路上的偏振光源的衰减，以使其满足量子密钥分发的要求，进而可以避免任何一路的光源抖动所造成的量子密钥分发的中断，提高了密钥分发的效率。

图4是本发明实施例提供的一种量子密钥分发光源监控装置的监控方法的示意流程图，该方法的执行主体是图2所示实施例提供的监控装置。参见图4所示，本实施例提供的一种量子密钥分发光源监控装置的监控方法包括：

在S401中，通过各光路上的所述分束器分别将各光路上所述偏振光源输出的光信号分出一束，用以进行光源监控。

在S402中，通过各光路上的所述功率检测口分别将各偏振光源输出的光信号转换为模拟电信号，并计算出各模拟电信号的功率。

在S403中，通过各光路上的所述可调衰减器分别根据各模拟信号的功率调节各偏振光源输出的光信号的衰减，以实时控制各个偏振光源。

本实施例提供的一种量子密钥分发光源监控装置的监控方法由于在每路偏振光源所在的光路中均引入了一个功率检测口，因此可以分别对每路偏振光源进行单独监测，从而区分出哪一路的光源发生了抖动，并且由于每路偏振光源所在的光路上均设置有一个可以用以调节光源衰减量的可调衰减器，因此可以使用户通过可调衰减器根据各光路上的监测结果实时调整各条光路上的偏振光源的衰减，以使其满足量子密钥分发的要求，进而可以避免任何一路的光源抖动所造成的量子密钥分发的中断，提高了密钥分发的效率。

图5是本发明另一实施例提供的一种量子密钥分发光源监控装置的监控方法的示意流程图，该方法的执行主体是图3所示实施例提供的监控装置。参见图5所示，本实施例提供的一种量子密钥分发光源监控装置的监控方法包括：

在S501中，通过各光路上的所述分束器分别将各光路上所述偏振光源输出的光信号分出一束，用以进行光源监控。

在S502中，通过各光路上的所述功率检测口分别将各偏振光源输出的光信号转换为模拟电信号，并计算出各模拟电信号的功率。

在S503中，通过所述控制器判断所述模拟信号的功率是否符合预设要求，若不符合预设要求，则根据所述模拟信号的功率控制所述可调衰减器调节所述偏振光源输出的光信号的衰减。

在本实施例中，步骤S503具体包括：

判断所述模拟信号的功率是否等于预设功率阈值，若不等于预设功率阈值，则根据所述模拟信号的功率控制所述可调衰减器调节所述偏振光源输出的光信号的衰减，使衰减后的光信号所对应的模拟电信号的功率等于所述预设功率阈值。

进一步的，若所述预设功率阈值为Pt，则有Pt＝hcfpA/λ；

其中，h为普朗克常量，c为光速，f为偏振光源的频率，λ为偏振光源的波长，A为所述偏振光源所在光路的光信号的固定光衰减量，p为预设的每个脉冲光源的平均光子数。

进一步的，所述预设的每个脉冲光源的平均光子数的取值范围为小于1的正数。优选的，在本实施例中，所述预设的每个脉冲光源的平均光子数为0.1个，这样可以使得弱相干光源最接近理想的单光子源。

在本实施例中，由于在每个偏振光源所在的光路中均设置有一连接在功率检测口和可调衰减器之间的控制器，因此每条光路中均可以通过所述控制器来实现根据功率检测口输出的功率反馈控制所述可调衰减器调节偏振光源的衰减量，以使各条光路上的偏振光源均满足量子密钥分发的要求的目的，其无需用户手动控制可调衰减器，因此，相对于上一实施例，效率更高，并且实时性更好。

因此，可以看出，本实施例提供的一种量子密钥分发光源监测装置的监测方法同样可以区分出是哪一路的光源发生了抖动，并且可以通过控制器自动控制可调衰减器根据各光路上的监测结果实时调整各条光路上的偏振光源的衰减，以使其满足量子密钥分发的要求，进而可以避免任何一路的光源抖动所造成的量子密钥分发的中断，提高了密钥分发的效率。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。