一种可靠性增强的双向QKD系统及其光纤链路监测方法.pdf

(19)国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN114884575A(43)申请公布日2022.08.09(21)申请号202210702012.3(22)申请日2022.06.20(71)申请人济南量子技术研究院地址250101山东省济南市高新区舜华路747号(72)发明人刘洋贺培鑫陈腾云(74)专利代理机构北京云嘉湃富知识产权代理有限公司11678专利代理师程凌军(51)Int.Cl.H04B10/25(2013.01)H04B10/70(2013.01)H04B17/30(2015.01)H04B17/309(2015.01)权利要求书2页说明书6页附图3页(54)发明名称一种可靠性增强的双向QKD系统及其光纤链路监测方法(57)摘要本发明公开了一种可靠性增强的双向QKD系统及其光纤链路监测方法，其中允许仅对双向QKD系统的软件控制模块进行改进，在QKD系统正常执行QKD过程之余实现OTDR功能，实时保证QKD过程的可靠性。其中，借助其单光子探测器实现对背向瑞利散射光信号的探测，可以获得更高的时间分辨率和更远的动态范围，从而有效避免探测盲区。与现有技术相比，本发明无需改变原有光路结构，且易于实现，能够以极低成本和简单的控制过程，实现QKD系统可靠性的提升。CN114884575ACN114884575A权利要求书1/2页1.一种可靠性增强的双向QKD系统，其包括Alice端、Bob端及连接于两者之间的光纤链路；所述Alice端包括第一发送方和第一接收方，所述Bob端包括第二发送方和第二接收方；所述第一发送方被设置用于生成并向光纤链路发送第一光脉冲序列，其中，所述第一光脉冲序列包括第一信号光脉冲和第一探测光脉冲；所述第二接收方被设置用于接收第一信号光脉冲并对其进行解码；所述第一接收方被设置用于接收第一探测光信号在光纤链路上形成的第一背向瑞利散射光信号，借助单光子探测器获取所述第一背向瑞利散射光信号的光子计数Ni，同时获取所述第一背向瑞利散射光信号在光纤链路上的形成位置信息Pi，i＝1、...、n，利用所述光子计数Ni和形成位置信息Pi计算得到散射关系曲线，并根据所述散射关系曲线监测光纤链路的状态。2.如权利要求1所述的双向QKD系统，其中，所述第二发送方被设置用于生成并向光纤链路发送第二光脉冲序列，其中，所述第二光脉冲序列包括第二信号光脉冲和第二探测光脉冲；所述第一接收方被设置用于接收第二信号光脉冲并对其进行解码；所述第二接收方被设置用于接收第二探测光信号在光纤链路上形成的第二背向瑞利散射光信号，借助单光子探测器获取所述第二背向瑞利散射光信号的光子计数Nj，同时获取所述第二背向瑞利散射光信号在光纤链路上的形成位置信息Pj，j＝1、...、m，利用所述光子计数Nj和形成位置信息Pj计算得到散射关系曲线，并根据所述散射关系曲线监测光纤链路的状态。3.如权利要求1或2所述的双向QKD系统，其中，所述发送方包括激光光源、编码器和衰减模块，所述激光光源被设置用于生成激光脉冲，所述编码器被设置用于对激光脉冲进行编码和调节脉宽，所述衰减模块被设置用于对激光脉冲提供不同的衰减；并且，所述接收方包括时间数字转换器和单光子探测器，其中，所述时间数字转换器被设置用于记录单光子探测器的探测结果，以允许所述接收方根据探测光脉冲及相应的背向瑞利散射光信号之间的时间差，计算得到形成位置信息。4.如权利要求1或2所述的双向QKD系统，其中，第一发送方和第一接收方通过第一环形器连接光纤链路，且第二发送方和第二接收方通过第二环形器连接光纤链路。5.如权利要求1或2所述的双向QKD系统，其中，所述信号光脉冲和探测光脉冲具有不同的光强和脉宽。6.如权利要求3所述的双向QKD系统，其中：所述衰减模块被设置成，使到达单光子探测器的背向瑞利散射光信号的功率小于或等于单光子探测器的典型值Peff；以及/或者，所述衰减模块包括可调光衰减器；以及/或者，所述激光光源具有1550nm的波长。7.如权利要求1或2所述的双向QKD系统，其中，所述接收方被设置成，如果所述散射关系曲线上存在尖峰，则判断光纤链路上存在断点或连接变差区域，和/或如果所述散射关系曲线上存在斜率变化区域，则判断光纤链路被窃听攻击；以及/或者，2CN114884575A权利要求书2/2页在所述散射关系曲线中，横坐标为形成位置信息Pi，纵坐标为Ni/N0，N0为单光子探测器的本底噪声。8.一种QKD系统光纤链路监测方法，其包括以下步骤：由Alice端和/或Bob端向光纤链路输入探测光脉冲；利用单光子探测器获取探测光信号在光纤链路上形成的背向瑞利散射光信号的光子计数Ni，同时获取所述背向瑞利散射光信号在光纤链路上的形成位置信息Pi，i＝1、...、n；利用所述光子计数Ni与形成位置信息Pi得到散射