本發(fā)明涉及量子通信領(lǐng)域，特別涉及一種量子光源系統(tǒng)及量子光輸出方法。

背景技術(shù)：

1、量子通信，特別是量子密鑰分發(fā)（qkd），憑借其基于量子力學(xué)原理的固有安全性，作為一種新興的加密技術(shù)而備受矚目。主流的高速qkd系統(tǒng)普遍采用基于連續(xù)激光器與強(qiáng)度調(diào)制器、相位調(diào)制器相結(jié)合的設(shè)計(jì)方案，以實(shí)現(xiàn)高速調(diào)制并提升整個(gè)系統(tǒng)的成碼率。

2、然而，這一方案也伴隨著顯著的缺點(diǎn)。由于強(qiáng)度調(diào)制器和相位調(diào)制器等主動(dòng)調(diào)制器的使用，它們?cè)诠ぷ鬟^(guò)程中不可避免地會(huì)產(chǎn)生額外的物理信息，攻擊者有可能通過(guò)捕捉并分析這些由主動(dòng)調(diào)制器泄露的物理信息，進(jìn)一步推斷出密鑰信息，從而嚴(yán)重威脅到qkd系統(tǒng)的安全性。

3、因此，如何有效防止因主動(dòng)調(diào)制器導(dǎo)致的量子光源信息泄露，確保qkd系統(tǒng)的整體安全性，已成為當(dāng)前亟待解決的技術(shù)難題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明旨在改善背景技術(shù)中的至少一個(gè)技術(shù)問(wèn)題。

2、本發(fā)明第一方面實(shí)施例提供一種量子光源系統(tǒng)，包括：電信號(hào)發(fā)生器和輸出部；所述電信號(hào)發(fā)生器用于輸出具有三種強(qiáng)度態(tài)的電脈沖；所述輸出部用于輸出四種不同的偏振態(tài)光信號(hào)；

3、所述輸出部包括四個(gè)從激光器、第一光纖偏振分束器、第二光纖偏振分束器、半波片和第一光束分束器；

4、四個(gè)所述從激光器的輸入端均與所述電信號(hào)發(fā)生器電連接；

5、任意兩個(gè)所述從激光器的輸出端分別與所述第一光纖偏振分束器的兩個(gè)輸入端連接，所述第一光纖偏振分束器的輸出端與所述第一光束分束器的輸入端連接；

6、另外兩個(gè)所述從激光器的輸出端則分別與所述第二光纖偏振分束器的兩個(gè)輸入端連接，所述第二光纖偏振分束器的輸出端與所述第一光束分束器的輸入端連接，所述第二光纖偏振分束器的輸出端與所述第一光束分束器的輸入端之間還設(shè)有所述半波片；

7、所述電信號(hào)發(fā)生器輸出三種強(qiáng)度態(tài)的電脈沖到四個(gè)所述從激光器，以激勵(lì)四個(gè)所述從激光器輸出四路具有三種強(qiáng)度態(tài)的光信號(hào)，四路光信號(hào)經(jīng)過(guò)所述第一光纖偏振分束器、所述第二光纖偏振分束器及所述半波片后變?yōu)樗穆菲窆庑盘?hào)，并被所述第一光束分束器合束，使所述輸出部輸出的光信號(hào)具有三種強(qiáng)度態(tài)和四種偏振態(tài)。

8、本發(fā)明第一方面實(shí)施例的有益效果：本發(fā)明的量子光源包括電信號(hào)發(fā)生器和輸出部，電信號(hào)發(fā)生器可輸出三種不同強(qiáng)度的電脈沖，輸出部可輸出四種不同的偏振態(tài)光信號(hào)；利用電信號(hào)發(fā)生器激勵(lì)輸出部，使輸出部輸出的光信號(hào)兼具三種強(qiáng)度態(tài)和四種偏振態(tài)，能夠滿足量子密鑰分發(fā)系統(tǒng)的需求；因?yàn)橹苯油ㄟ^(guò)電信號(hào)發(fā)生器對(duì)輸出部進(jìn)行強(qiáng)度的調(diào)制，無(wú)需額外的調(diào)制器組件，減少了輸出部發(fā)生信息泄露的風(fēng)險(xiǎn)，保證了量子密鑰分發(fā)系統(tǒng)的安全性。

9、作為上述技術(shù)方案的一些子方案，所述電信號(hào)發(fā)生器包括四個(gè)第一輸出端；四個(gè)所述第一輸出端分別和四個(gè)所述從激光器電連接；四個(gè)所述第一輸出端分別向所述從激光器輸出具有三種強(qiáng)度態(tài)的電脈沖。

10、作為上述技術(shù)方案的一些子方案，所述輸出部還包括衰減器；所述衰減器與所述第一光束分束器的輸出端連接，所述衰減器用于將所述第一光束分束器輸出的光信號(hào)衰減為單光子量級(jí)的量子脈沖。

11、作為上述技術(shù)方案的一些子方案，所述輸出部還包括四個(gè)子分束器；四個(gè)所述從激光器分別通過(guò)四個(gè)所述子分束器與所述第一光纖偏振分束器連接或所述第二光纖偏振分束器連接；所述子分束器用于將所述從激光器輸出的光信號(hào)分束為兩部分光信號(hào)，一部分光信號(hào)進(jìn)入所述第一光纖偏振分束器或所述第二光纖偏振分束器，另一部分光信號(hào)則作為探測(cè)光輸出到系統(tǒng)外。

12、作為上述技術(shù)方案的一些子方案，所述從激光器為dfb型激光器。

13、作為上述技術(shù)方案的一些子方案，所述量子光源系統(tǒng)還包括主激光器，所述電信號(hào)發(fā)生器還包括第二輸出端；所述第二輸出端用于輸出具有一種強(qiáng)度態(tài)的電脈沖；所述主激光器與所述第二輸出端電連接并接收所述第二輸出端輸出的具有一種強(qiáng)度態(tài)的電脈沖；所述主激光器與所述從激光器連接并輸出光脈沖到所述從激光器；所述主激光器輸出的光脈沖與所述第二輸出端輸出的電脈沖的波形相匹配。

14、作為上述技術(shù)方案的一些子方案，所述量子光源系統(tǒng)還包括四個(gè)光環(huán)形器；所述光環(huán)形器連接于所述主激光器與所述從激光器之間；所有所述光環(huán)形器均包括第一端口、第二端口和第三端口；所述主激光器輸出的光脈沖從所述第一端口輸入所述光環(huán)形器，并通過(guò)所述第二端口輸出到所述從激光器，所述從激光器輸出的光信號(hào)則通過(guò)所述第二端口輸入所述光環(huán)形器，并通過(guò)所述第三端口從所述光環(huán)形器中輸出。

15、作為上述技術(shù)方案的一些子方案，所述量子光源系統(tǒng)還包括第二光束分束器、第三光束分束器和第四光束分束器；所述主激光器的輸出端連接所述第二光束分束器的輸入端，所述第二光束分束器的兩個(gè)輸出端分別連接所述第三光束分束器和所述第四光束分束器的輸入端，所述第三光束分束器的兩個(gè)輸出端和所述第四光束分束器的兩個(gè)輸出端分別連接四個(gè)所述光環(huán)形器的所述第一端口。

16、本發(fā)明第二方面實(shí)施例提供一種量子光輸出方法，所述量子光輸出方法用于對(duì)如上述實(shí)施例所述的量子光源系統(tǒng)進(jìn)行工作控制，所述量子光輸出方法包括步驟：

17、利用電信號(hào)發(fā)生器將具有三種不同強(qiáng)度的電脈沖到輸入到四個(gè)從激光器；

18、利用電信號(hào)發(fā)生器將具一種強(qiáng)度態(tài)的電脈沖輸入到主激光器，激勵(lì)主激光器輸出與電信號(hào)發(fā)生器輸出的電脈沖波形匹配的光脈沖，并利用光束分束器將光脈沖分為四路；

19、通過(guò)光環(huán)形器將四路光脈沖輸入到四個(gè)從激光器中，使四個(gè)從激光器在電脈沖與光脈沖的激勵(lì)下分別輸出四路光信號(hào)；

20、將四路光信號(hào)中的任意兩路輸入至第一光纖偏振分束器，以產(chǎn)生兩路偏振光；

21、將四路光信號(hào)中的另外兩路依次輸入第二光纖偏振分束器和半波片，以產(chǎn)生另外兩路偏振光；

22、將四路偏振光依次輸入第一光束分束器和衰減器進(jìn)行合束處理和衰減處理，以得到單光子量級(jí)的量子光。

23、本發(fā)明第二方面實(shí)施例的有益效果：通過(guò)電信號(hào)發(fā)生器輸出電脈沖激勵(lì)從激光器，對(duì)從激光器進(jìn)行內(nèi)調(diào)制，使從激光器輸出的光信號(hào)獲得三種強(qiáng)度態(tài)；再利用光纖偏振分束器、光束分束器等無(wú)源器件使從激光器輸出的光信號(hào)獲得四種偏振態(tài)；最終使從激光器輸出的光信號(hào)兼具三種強(qiáng)度態(tài)和四種偏振態(tài)，能夠滿足量子密鑰分發(fā)系統(tǒng)的需求；同時(shí)為了保證高速調(diào)制時(shí)光脈沖的穩(wěn)定性，用電信號(hào)發(fā)生器激勵(lì)主激光器，使主激光器輸出光脈沖注入鎖定從激光器的光譜，實(shí)現(xiàn)光譜、強(qiáng)度以及空間上的一致性；本發(fā)明區(qū)別于主動(dòng)調(diào)制方案，通過(guò)內(nèi)調(diào)制及無(wú)源器件實(shí)現(xiàn)全被動(dòng)調(diào)制，保證了量子密鑰分發(fā)系統(tǒng)的安全性。

技術(shù)特征：

1.一種量子光源系統(tǒng)，其特征在于，包括：電信號(hào)發(fā)生器（1）和輸出部；所述電信號(hào)發(fā)生器（1）用于輸出具有三種強(qiáng)度態(tài)的電脈沖；所述輸出部用于輸出四種不同的偏振態(tài)光信號(hào)；

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的量子光源系統(tǒng)，其特征在于：所述電信號(hào)發(fā)生器（1）包括四個(gè)第一輸出端（11）；四個(gè)所述第一輸出端（11）分別和四個(gè)所述從激光器（2）電連接；四個(gè)所述第一輸出端（11）分別向所述從激光器（2）輸出具有三種強(qiáng)度態(tài)的電脈沖。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的量子光源系統(tǒng)，其特征在于：所述輸出部還包括衰減器（25）；所述衰減器（25）與所述第一光束分束器（24）的輸出端連接，所述衰減器（25）用于將所述第一光束分束器（24）輸出的光信號(hào)衰減為單光子量級(jí)的量子脈沖。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的量子光源系統(tǒng)，其特征在于：所述輸出部還包括四個(gè)子分束器（26）；四個(gè)所述從激光器（2）分別通過(guò)四個(gè)所述子分束器（26）與所述第一光纖偏振分束器（21）連接或所述第二光纖偏振分束器（22）連接；所述子分束器（26）用于將所述從激光器（2）輸出的光信號(hào)分束為兩部分光信號(hào)，一部分光信號(hào)進(jìn)入所述第一光纖偏振分束器（21）或所述第二光纖偏振分束器（22），另一部分光信號(hào)則作為探測(cè)光輸出到系統(tǒng)外。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的量子光源系統(tǒng)，其特征在于：所述從激光器（2）為dfb型激光器。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的量子光源系統(tǒng)，其特征在于：所述量子光源系統(tǒng)還包括主激光器（3），所述電信號(hào)發(fā)生器（1）還包括第二輸出端（12）；所述第二輸出端（12）用于輸出具有一種強(qiáng)度態(tài)的電脈沖；所述主激光器（3）與所述第二輸出端（12）電連接并接收所述第二輸出端（12）輸出的具有一種強(qiáng)度態(tài)的電脈沖；所述主激光器（3）與所述從激光器（2）連接并輸出光脈沖到所述從激光器（2）；所述主激光器（3）輸出的光脈沖與所述第二輸出端（12）輸出的電脈沖的波形相匹配。

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的量子光源系統(tǒng)，其特征在于：所述量子光源系統(tǒng)還包括四個(gè)光環(huán)形器（31）；所述光環(huán)形器（31）連接于所述主激光器（3）與所述從激光器（2）之間；所有所述光環(huán)形器（31）均包括第一端口（311）、第二端口（312）和第三端口（313）；所述主激光器（3）輸出的光脈沖從所述第一端口（311）輸入所述光環(huán)形器（31），并通過(guò)所述第二端口（312）輸出到所述從激光器（2），所述從激光器（2）輸出的光信號(hào)則通過(guò)所述第二端口（312）輸入所述光環(huán)形器（31），并通過(guò)所述第三端口（313）從所述光環(huán)形器（31）中輸出。

8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的量子光源系統(tǒng)，其特征在于：所述量子光源系統(tǒng)還包括第二光束分束器（32）、第三光束分束器（33）和第四光束分束器（34）；所述主激光器（3）的輸出端連接所述第二光束分束器（32）的輸入端，所述第二光束分束器（32）的兩個(gè)輸出端分別連接所述第三光束分束器（33）和所述第四光束分束器（34）的輸入端，所述第三光束分束器（33）的兩個(gè)輸出端和所述第四光束分束器（34）的兩個(gè)輸出端分別連接四個(gè)所述光環(huán)形器（31）的所述第一端口（311）。

9.一種量子光輸出方法，其特征在于，所述量子光輸出方法用于對(duì)如權(quán)利要求1-8任一項(xiàng)所述的量子光源系統(tǒng)進(jìn)行工作控制，所述量子光輸出方法包括步驟：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明涉及量子通信領(lǐng)域，本發(fā)明公開(kāi)了一種量子光源系統(tǒng)及量子光輸出方法；量子光源系統(tǒng)包括電信號(hào)發(fā)生器和輸出部；所述電信號(hào)發(fā)生器用于輸出三種不同強(qiáng)度的電脈沖；所述輸出部用于輸出四種不同的偏振態(tài)光信號(hào)；所述電信號(hào)發(fā)生器與所述輸出部電連接，所述電信號(hào)發(fā)生器輸出三種不同強(qiáng)度電脈沖到所述輸出部，以激勵(lì)所述輸出部輸出兼具三種強(qiáng)度態(tài)和四種偏振態(tài)的光信號(hào)，從而滿足量子密鑰分發(fā)系統(tǒng)的需求；直接通過(guò)電信號(hào)發(fā)生器對(duì)輸出部進(jìn)行強(qiáng)度的調(diào)制，無(wú)需額外的調(diào)制器組件，減少了輸出部發(fā)生信息泄露的風(fēng)險(xiǎn)，保證了量子密鑰分發(fā)系統(tǒng)的安全性。

技術(shù)研發(fā)人員：謝虹波,李延偉,謝新旺,鄧庭輝,王碩,谷佳榮,楊睿,楊興林
受保護(hù)的技術(shù)使用者：季華實(shí)驗(yàn)室
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/6