[发明专利]一种适用于复杂信道环境的量子密钥分发系统及控制方法

说明书

本发明公开了一种适用于复杂信道环境的量子密钥分发系统及控制方法，包括：设置在架空光纤两端的量子密钥分发系统发送端和量子密钥分发系统接收端；量子密钥分发系统发送端包括QKD发射端、偏振反馈信号发射端以及时分复用装置；量子密钥分发系统接收端包括QKD接收端和偏振反馈信号接收端；QKD发射端、偏振反馈信号发射端的发射端分别于时分复用装置的接收端连接，时分复用装置的发射端与偏振反馈信号接收端通过光纤信道连接，偏振反馈信号接收端的发射端与QKD接收端的接收端连接。本发明通过在量子密钥分发系统发送端中增加时分复用装置，在需要偏振反馈时通过时分复用方式传输信号光与参考光，可以防止参考光和信号光之间的相互干扰。

技术领域

本发明涉及量子通信技术领域，特别涉及一种适用于复杂信道环境的量子密钥分发系统及控制方法。

背景技术

量子通信以其高效安全的信息传输日益受到人们的关注，量子通信利用量子态的不确定性、不可分割性和偏振性来实现无条件安全通信。在电力通信网络中使用量子保密通信技术可以确保电力通信系统的信息安全。目前，在电力通信网络中，使用量子技术进行通信的双方都是使用光纤信道来传输密钥，而在电力系统中为了充分利用电网已有的基础设施，通常将光纤采用架空的方式进行铺设。

但是在架空的光纤中传输OKD信号时，由于光纤收到大风、雨雪等外界环境的干扰，使得架空光纤中的光偏振发生剧烈的变化，从而对利用单光子偏振态来传输密钥信息的量子密钥分发系统造成很大影响，甚至造成通信瘫痪。

针对上述问题，目前普遍采用的解决方案如图1所示：在偏振反馈系统中采用光环行器这个装置,偏振反馈发射端发送的反馈参考光(以下简称参考光)和原来的光量子信号(以下简称信号光)的传输方向相反,并且参考光和信号光的波长相同。

目前的这种解决方案存在的弊端在于：一是，相同波长的信号光和参考光虽然传输方向相反，但这不能保证信号光和参考光之间互不影响，当参考光的光子在光纤中遇到信号光的光子发生碰撞或者干扰时，很可能会影响光子的偏振态，系统自身反而引入了误差。

二是，由于参考光和信号光的传输方向相反，依据参考光的偏振变化利用偏振控制器对光纤做相应挤压以改变参考光光子的偏振态，不能说明光纤的形变对信号光具有同样的改变偏振态的作用。

还有某些解决方案是利用波分复用的方式在同一跟光纤信道中传输和信号光不同波长的参考光以用作偏振反馈。这种解决方案存在的弊端在于：目前电力架空线缆中使用的光纤是单模光纤，不支持同时传输多种波长的光信号。

发明内容

本发明的目的在于提供一种适用于复杂信道环境的量子密钥分发系统及控制方法，以适用电力架空线缆复杂的信道环境。

为实现以上目的，第一方面，本发明提供一种适用于复杂信道环境的量子密钥分发系统，包括：设置在架空光纤两端的量子密钥分发系统发送端和量子密钥分发系统接收端；

量子密钥分发系统发送端包括QKD发射端、偏振反馈信号发射端以及时分复用装置；

量子密钥分发系统接收端包括QKD接收端和偏振反馈信号接收端；

QKD发射端、偏振反馈信号发射端的发射端分别于时分复用装置的接收端连接，时分复用装置的发射端与偏振反馈信号接收端通过光纤信道连接，偏振反馈信号接收端的发射端与QKD接收端的接收端连接。

其中，所述的偏振反馈信号发射端包括激光器和起偏器，激光器的输出端与起偏器的接收端连接，起偏器的输出端与时分复用装置的接收端连接。

其中，所述的偏振反馈信号接收端包括偏振控制器、解时分复用器、光分束器、偏振分束器以及单光子计数器；

偏振控制器的接收端与时分复用装置的发射端连接、输出端解时分复用装置的接收端连接；