[发明专利]光-电-光模式的MDI-QKD系统同步装置及方法

权利要求书

1.一种光-电-光模式的MDI-QKD系统同步装置，包括编码模块，光纤信道模块，第二个光电转换模块，探测模块，其特征在于，还包括第一个光电转换模块，时延调节模块，电光转换模块；所述第一个光电转换模块的输入端与外部输入的同步光脉冲相连；第一个光电转换模块的输出端与编码模块的输入端相连；第一个光电转换模块的输出端与时延调节模块的输入端相连；时延调节模块的输出端与电光转换模块的输入端相连；电光转换模块的输出端与光纤信道模块的输入端相连，光纤信道模块的输出端与第二个光电转换模块的输入端相连；第二个光电转换模块的输出端与探测模块的输入端相连；其中，

所述第一个光电转换模块，用于把传输到Alice端和Bob端的同步光脉冲转换成同步电脉冲；

所述编码模块包括现场可编程门阵列FPGA、强度调制器IM、相位调制器PM，其中现场可编程门阵列FPGA用于产生电脉冲驱动信号，强度调制器IM用于调制信号光脉冲第一个脉冲的幅度，相位调制器PM用于调制信号光脉冲第二个脉冲的相位；

所述时延调节模块，用于通过调节同步电脉冲的时延，使Alice端的信号光脉冲和Bob端的信号光脉冲在探测端实现干涉；

所述电光转换模块，包括同步激光器，强度调制器IM,同步激光器用于产生连续正弦波形的同步光，强度调制器IM用于将连续正弦波形的同步光调制成传送到探测端的同步光脉冲，在此过程中同步电脉冲需作为驱动信号；

所述光纤信道模块，用于通过波分复用器WDM将传送到探测端的同步光脉冲和信号光脉冲使用一根光纤传输到探测端；

所述第二个光电转换模块，用于将传送到探测端的同步光脉冲再次转换成同步电脉冲，触发探测模块的单光子探测器和采集卡工作；

所述探测模块，用于将同步电脉冲作为单光子探测器和采集卡的同步触发信号，触发单光子探测器探测信号光脉冲，以及触发采集卡采集单光子探测器的输出。

2.根据权利要求1所述的光-电-光模式的MDI-QKD系统同步装置，其特征在于，所述的时延调节模块中包括AD9501延时芯片以及外接电阻和外接电容，延时芯片内部包括斜波电压产生器、8-bits数模转化器、电压比较器，外接电阻并联在延时芯片的第7个脚和地之间，外接电容并联在延时芯片的第6个脚和7V电源之间。

3.基于权利要求1所述同步装置的一种光-电-光模式的MDI-QKD系统同步方法，其特征在于：当Alice端的信号光脉冲和Bob端的信号光脉冲在探测端存在时延差时，调节编码后的同步电脉冲时延，并将同步电脉冲转换成传送到探测端的同步光脉冲传输到探测端，该方法的具体步骤包括如下：

(1)将同步光脉冲传输给Alice端和Bob端：

产生一个与信号光脉冲波长不同的同步光脉冲，波分复用器WDM将同步光脉冲和信号光脉冲通过一根光纤传输到Alice端和Bob端；

(2)将同步光脉冲转换成同步电脉冲：

当同步光脉冲到Alice端和Bob端时，第一光电转换模块的光电转换器将同步光脉冲转换成同步电脉冲并分成两路，一路送入延时调节模块，一路送入编码模块的现场可编程门阵列FPGA；

(3)对信号光脉冲进行编码：

(3a)当同步电脉冲到达编码模块的现场可编程门阵列FPGA时，现场可编程门阵列FPGA产生一个电脉冲信号，其频率和信号光脉冲一致，脉宽与信号光脉冲脉宽相等，幅度大于或等于信号光脉冲的幅度；

(3b)现场可编程门阵列FPGA将电脉冲信号传送给强度调制器IM，强度调制器IM调制输入的信号光脉冲第一个脉冲，使其幅度等于输入的电脉冲信号幅度，信号光脉冲第二个脉冲的幅度保持不变，完成时间编码；

(3c)现场可编程门阵列FPGA产生三种电脉冲信号，每种电脉冲信号的频率与信号光脉冲一致，脉宽等于或大于信号光脉冲的脉宽，幅度分别为V₀、2V₀、3V₀，其中V₀为相位调制器PM的半波电压；

(3d)现场可编程门阵列FPGA每次传送三种电脉冲信号其中一种电脉冲信号给相位调制器PM，相位调制器PM根据输入电脉冲信号的幅度调制信号光脉冲的第二个脉冲的相位，信号光脉冲的第一个脉冲的相位保持不变，完成相位编码；

(4)调节同步电脉冲时延：

(4a)当Alice端和Bob端的同步光脉冲在探测端存在时延差时，导致干涉不稳定，延时调节模块需要调节输入的同步电脉冲的时延；

(4b)调节延时模块中的延时芯片的外接电阻R_S、外接电容C_E以及数模转换器的阙值电压V_b来延时同步电脉冲；

(5)将同步电脉冲转换成传送到探测端的同步光脉冲：

(5a)延时调节模块将延时后的同步电脉冲发送给强度调制器IM；

(5b)强度调制器IM将传入的同步电脉冲作为驱动脉冲，将同步激光器产生的连续正弦波形的同步光转换成传送到探测端的同步光脉冲；

(5c)波分复用器WDM将传送到探测端的同步光脉冲和编码后的信号光脉冲通过光纤信道模块传输到探测端；

(6)将传送到探测端的同步光脉冲转换成同步电脉冲：

当传送到探测端的同步光脉冲经过光纤信道模块到达探测端时，第二个光电转换模块的光电转换器将传送到探测端的同步光脉冲转换成同步电脉冲，并发送给探测模块中的单光子探测器和采集卡；

(7)由同步电脉冲触发单光子探测器和采集卡进行工作：

(7a)当同步电脉冲到达单光子探测器时，触发单光子探测器开启探测门开始探测信号光脉冲，当单光子探测每探测到一个信号光脉冲时，将单光子探测器内部的计数器加1；

(7b)当同步电脉冲到达探测模块中的采集卡时，触发采集卡采集单光子探测器的输出信号。