[发明专利]一种实现平衡探测系统自动平衡的装置及方法

说明书

本发明公开了一种实现平衡探测系统自动平衡的装置及方法，装置包括依次连接的可调分束比2×2光纤耦合器、平衡放大光电探测电路和信号采集电路，所述信号采集电路依次与信号处理电路、可调分束比2×2光纤耦合器驱动电路和可调分束比2×2光纤耦合器连接。与现有技术相比，本发明的积极效果是：(1)本发明的装置结构简单，体积小，便于集成；(2)可调分束比2×2光纤耦合器调节精度高、响应速度较快、稳定性好，可以快速精确地实现自动平衡调节，使系统长期稳定工作；(3)该装置器件所需少，系统复杂度低，且控制电路和驱动电路结构简单，易于实现。

技术领域

本发明涉及一种实现平衡探测系统自动平衡的装置及方法。

背景技术

随着现代科学技术的发展，信息的安全性越来越受到人们的重视。量子密钥分发基于量子力学的基本原理(海森堡不确定性原理和量子不可克隆定理等)，任何第三方的窃听行为都能够在密钥传输过程中被检测出来，从而使得合法通信双方在异地共享一组无条件的安全密钥。连续变量量子密钥分发(CVQKD)技术因其具有潜在高码率及与经典光通信良好兼容性等特点，受到了业界广泛关注。

平衡探测器是CVQKD系统中接受端的核心模块，其噪声大小、稳定性以及平衡性直接决定了系统的整体性能。理想的平衡探测要求信号光和本振光以精确的50％比例分光并干涉，干涉后两路光信号经过对称光路到达光电二极管(PIN管)进行光电转换，这样才能达到最佳的探测效果。由于受实际器件工艺、环境温度、应力、振动等因素的影响，进入两只PIN管的两臂光路不能实现一样的衰减。同时随环境变化，原来已经平衡的光路也会因为实际器件工艺、环境温度、应力、振动等因素使得两臂衰减不一样，从而使得强度平衡被破坏，这样会极大地降低探测器的共模抑制比而增加了探测器的噪声。如果两臂的强度差异太大，使得探测器的输出超出额定范围而损坏，从而整个CVQKD系统也不能正常工作。

为了消除平衡探测器两臂光路受实际器件工艺、环境温度、应力、振动等因素带来的强度不平衡影响，目前采用的平衡方法有：温控方式、MEMS电控衰减器、基于弯曲光纤原理的自动控制衰减器。由于温度变化与强度调节之间没有固定的函数曲线，而且不具有单调性，控制难度较大；此外，控温所需功耗较大，在为了避免振动而不使用风扇的前提条件下，利用传导散热还会导致系统设计的复杂性增加；再者，温度是一个慢变量，利用控温无法实现探测器双臂的快速平衡，因此采取控温方式实现双臂平衡的方法难以满足连续变量量子密钥分发系统的应用需求。MEMS电控衰减器结构简单，易于集成，但是MEMS电控衰减器受环境振动、工艺缺陷或灰尘颗粒等要素影响，工作时有概率发生动齿和静齿咬合或自卡现象，可靠性存在问题。基于弯曲光纤原理的自动控制衰减器采用直线步进电机作为弯曲光纤的推动装置，具有较高的精度和稳定性，但其体积较大，不便于集成，并且响应速度为秒级，难以实现快速调节。

发明内容

为了克服现有技术的上述缺点，本发明提供了一种实现平衡探测系统自动平衡的装置及方法，能够实现由于各类因素造成的平衡探测系统两臂光强不相等的自动平衡调节，使探测器长期稳定工作在平衡点附近，具有较高的控制精度和较快的响应时间。本发明的装置结构简单，体积小，便于集成；并且调节精度高、响应速度较快、稳定性好，可以快速精确地实现自动平衡调节，保证平衡探测器可长期稳定工作。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种实现平衡探测系统自动平衡的装置，包括依次连接的可调分束比2×2光纤耦合器、平衡放大光电探测电路和信号采集电路，所述信号采集电路依次与信号处理电路、可调分束比2×2光纤耦合器驱动电路和可调分束比2×2光纤耦合器连接。

本发明还提供了一种实现平衡探测系统自动平衡的方法，包括如下步骤：

步骤一、信号光和本振光经可调分束比2×2光纤耦合器干涉，通过耦合器相同长度的尾纤进入平衡放大光电探测电路，经过光电转换和差模放大后输出；

步骤二、信号采集电路将采集到的平衡放大光电探测电路的输出结果发送给信号处理电路；