一种基于布里渊光纤放大的连续变量量子密钥分发的本振光放大方法与流程

本发明涉及光放大领域，特别涉及连续变量量子密钥分发本振光放大技术，尤其是一种基于连续变量量子密钥分发的本振光放大方法。

背景技术：

量子密钥分发是一种基于量子力学的基本原理，从物理理论上保证密钥分发无条件安全的密钥生成技术。连续变量量子密钥分发技术是其中的一个重要组成，其量子态编码在无限维的希尔伯特空间，量子信息的载体是光场态的正则分量。在随路本振连续变量量子密钥分发系统中，本振光随信号一同经信道传输，在传输过程中因为损耗的存在其功率势必会衰减，距离越长则衰减越大，而长距离连续变量量子密钥分发需要足够强的本振来放大微弱量子信号，因此急需实现对连续变量量子密钥分发系统中本振光的放大。

为了高效地实现连续变量量子密钥分发中对本振光的放大，我们提出了一种基于连续变量量子密钥分发本振光的高效放大方法。在连续变量量子密钥分发系统中，本振光与信号光在信道中偏振态正交。以光纤为增益介质的基于受激布里渊散射效应的光放大技术具有增益高、频率选择性好的优点，相较于其他的光放大技术，只需功率较低的泵浦光即可实现较高增益的放大，增益带宽较窄，在放大信号的同时不放大噪声，满足选择性放大的要求，且具有偏振相关特性。通过使用反向泵浦的布里渊放大器，使泵浦光与本振光保持相同的偏振态，与此同时泵浦光与信号光偏振态正交，利用布里渊放大的偏振相关特性，经过光纤传输后就可以实现对本振光的高倍率的分布式放大而不影响信号光。

技术实现要素：

(一)要解决的技术问题

针对连续变量量子密钥分发中本振光功率放大问题，本发明提出了一种基于连续变量量子密钥分发本振光放大方法，是一种对连续变量量子密钥分发本振光进行分布式布里渊放大，从而提高接收端接收到本振光的功率而不影响接收到的信号光，实现连续变量量子密钥分发本振光放大的方法。

(二)技术方案

本发明提供的一种基于连续变量量子密钥分发本振光放大方法，包括三个步骤：

步骤1：根据连续变量量子密钥分发系统发送端输出的本振光选择泵浦光的偏振类型，波长及功率；

步骤2：在信道输入端将发送端输出的本振光和信号光输入进信道，在信道输出端将泵浦光输入进信道，调节泵浦光使其与本振光偏振态相同，经过光纤传输进行对本振光的分布式布里渊放大；

步骤3：在信道输出端使本振光和信号光经环形器输出，使用光滤波器将本振光和信号光从泵浦光中分离出来并输入到连续变量量子密钥分发系统的接收端；

上述步骤按照顺序依次进行。

所述的根据连续变量量子密钥分发系统发送端输出的本振光选择泵浦光的偏振类型，波长以及功率，步骤1包括如下步骤：

步骤1a：选择线偏振光作为泵浦光；

步骤1b：根据连续变量量子密钥分发系统中本振光波长选择泵浦光波长，使得该泵浦光在本振光波长位置可产生较大的布里渊增益；

步骤1c：根据连续变量量子密钥分发系统发送到信道中的本振光的功率大小及连续变量量子密钥分发的传输距离选择泵浦光功率，使得经过布里渊放大到达接收端的本振光功率满足接收机的功率要求。

所述的在信道输入端将发送端输出的本振光和信号光输入进信道，在信道输出端将泵浦光输入进信道，调节泵浦光使其与本振光偏振态相同，经过光纤传输进行对本振光的分布式布里渊放大，，步骤2包括如下步骤：

步骤2a：在信道输入端将发送端输出的本振光和信号光经隔离器输入进信道，采用反向泵浦的方式，使用环形器在信道输出端将泵浦光以与本振光和信号光相反传输方向输入进信道，；

步骤2b：控制连续变量量子密钥分发系统发送端产生的本振光和信号光的偏振态正交且保持稳定；

步骤2c：控制泵浦光偏振态使其与本振光偏振态相同，同时与信号光偏振态正交；

步骤2d：布里渊放大的偏振相关性使得泵浦光对偏振方向相同的本振光能够进行放大，而对偏振方向正交的信号光不进行放大，本振光、信号光和泵浦光经过光纤传输完成对本振光的分布式布里渊放大。

(三)有益效果

1.本发明通过在信道中使用布里渊放大器对连续变量量子密钥分发中的本振光进行光放大，提高了本振光功率，通过利用光纤作为增益介质构成对本振光的分布式放大，放大沿光纤分布而不是集中作用，使得本振光在光纤中各点的功率比较小，从而可降低非线性效应尤其是四波混频效应的干扰，减轻信道间串扰的影响。

2.本发明通过利用连续变量量子密钥分发的本振光与信号光在信道中传输时偏振态正交的特点，以及布里渊放大偏振相关的特性，实现了只放大本振光而不影响信号光的目的，增加了连续变量量子密钥分发长距离传输的灵敏度，且消除了接收端对信号光进行信号恢复的需求，降低了系统的复杂度。

3.本发明通过利用基于光纤的布里渊放大增益高、增益带宽窄、光路调节简单的特点，可以在较低的泵浦功率下实现对本振光高倍率的放大，降低了连续变量量子密钥分发系统的总功耗，减轻了由于功耗过高所带来的散热等问题，有利于连续变量量子密钥分发系统走向实用化。

附图说明

图1为本发明的布里渊放大结构图。

具体实施方式

下面根据附图对本发明的具体实施例做出具体说明：

本发明通过在信道中使用布里渊放大器，从而实现连续变量量子密钥分发本振光的放大，具体步骤如下：

1.选择线偏振光作为泵浦光，并根据连续变量量子密钥分发所使用的1550nm波长的本振光以及光纤的布里渊散射增益谱，选择相对此波长下移10～11ghz作为泵浦光波长，使得该泵浦光在本振光波长位置可产生较大的布里渊增益，并根据本振光的功率大小及连续变量量子密钥分发的传输距离选择泵浦光功率，使得经过布里渊放大到达接收端的本振光功率满足接收机的功率要求。

2.在信道输入端将发送端输出的本振光和信号光经隔离器输入进信道，采用反向泵浦的方式，使用环形器在信道输出端将泵浦光以与本振光和信号光相反传输方向输入进信道，控制连续变量量子密钥分发系统发送端产生的本振光和信号光的偏振态正交且保持稳定,控制泵浦光偏振态使其与本振光偏振态相同，同时与信号光偏振态正交，本振光、信号光和泵浦光经过光纤传输完成对本振光的分布式布里渊放大。

3.在信道输出端使本振光和信号光经环形器输出，使用光滤波器将本振光和信号光从泵浦光中分离出来并输入到连续变量量子密钥分发系统的接收端。

尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护围应由所附的权利要求来限定。

技术特征：

1.一种基于布里渊光纤放大的连续变量量子密钥分发的本振光放大方法，其特征在于，包括：

步骤1：根据连续变量量子密钥分发系统发送端输出的本振光选择泵浦光的偏振类型，波长及功率；

步骤2：在信道输入端将发送端输出的本振光和信号光输入进信道，在信道输出端将泵浦光输入进信道，调节泵浦光使其与本振光偏振态相同，经过光纤传输进行对本振光的分布式布里渊放大；

步骤3：在信道输出端使本振光和信号光经环形器输出，使用光滤波器将本振光和信号光从泵浦光中分离出来并输入到连续变量量子密钥分发系统的接收端；

上述步骤按照顺序依次进行。

2.根据权利要求1所述的基于布里渊光纤放大的连续变量量子密钥分发的本振光放大方法，其特征在于，所述步骤1包括如下步骤：

步骤1a：选择线偏振光作为泵浦光；

步骤1b：根据连续变量量子密钥分发系统中本振光波长选择泵浦光波长，使得该泵浦光在本振光波长位置可产生较大的布里渊增益；

步骤1c：根据连续变量量子密钥分发系统发送到信道中的本振光的功率大小及连续变量量子密钥分发的传输距离选择泵浦光功率，使得经过布里渊放大到达接收端的本振光功率满足接收机的功率要求。

3.根据权利要求2所述的基于布里渊光纤放大的连续变量量子密钥分发的本振光放大方法，其特征在于，所述步骤2包括如下步骤：

步骤2a：在信道输入端将发送端输出的本振光和信号光经隔离器输入进信道，采用反向泵浦的方式，使用环形器在信道输出端将泵浦光以与本振光和信号光相反传输方向输入进信道，；

步骤2b：控制连续变量量子密钥分发系统发送端产生的本振光和信号光的偏振态正交且保持稳定；

步骤2c：控制泵浦光偏振态使其与本振光偏振态相同，同时与信号光偏振态正交；

步骤2d：布里渊放大的偏振相关性使得泵浦光对偏振方向相同的本振光能够进行放大，而对偏振方向正交的信号光不进行放大，本振光、信号光和泵浦光经过光纤传输完成对本振光的分布式布里渊放大。

技术总结
本发明公开了一种基于布里渊光纤放大的连续变量量子密钥分发的本振光放大方法。该方法通过通过使用反向泵浦的布里渊放大器，利用布里渊放大的偏振相关特性，在信道输入端将发送端输出的本振光和信号光输入进信道，在信道输出端将泵浦光输入进信道，调节泵浦光使其与本振光偏振态相同，经过光纤传输进行对本振光的分布式布里渊放大。本发明通过使用布里渊放大器在信道中放大本振光，实现了对本振光的高倍率的分布式放大而不影响信号光，降低了系统的复杂度，增加了连续变量量子密钥分发长距离传输的灵敏度，且降低了连续变量量子密钥分发系统的总功耗，有利于连续变量量子密钥分发系统走向实用化。

技术研发人员：张一辰;褚斌杰;喻松;郭弘
受保护的技术使用者：北京邮电大学
技术研发日：2020.07.10
技术公布日：2020.11.03