Устройство квантовой рассылки ключа на боковых частотах с повышенной устойчивостью к шумам в волоконно-оптической линии связи Российский патент 2023 года по МПК H04L9/08 H04B10/2507 

Настоящее изобретение относится к оптической технике, а именно к устройствам фотонной квантовой связи.

Известны устройства квантовой рассылки симметричных битовых последовательностей [Патент RU 2454810 С1; дата приоритета 24.11.2010; МКИ: H04L 9/08], [Патент RU 2747164 С1; 12.11.2019; МКИ: Н04В 9/08], [Патент WO 2022/103288 А1; дата приоритета 10.11.2020; МКИ: Н04В 10/70 H04L 9/12], [Патент WO 2021/096383 А1; 12.11.2019; МКИ: H04L 9/08 Н04В 10/2507]. Данные устройства обеспечивают распределение квантового криптографического ключа в стандартном оптическом волокне. Недостатком указанных выше устройств является необходимость использования отдельного, «темного» оптического волокна для квантового канала в связи с высокой чувствительностью устройства к шумам в оптическом спектре излучения. Вторым важным недостатком является фиксированная длина волны данных устройств.

Предлагаемое изобретение позволяет снизить влияние оптических шумов в спектре излучения в квантовом канале связи. Что, в свою очередь, позволит обеспечить распространение каналов системы квантового распределения ключа (КРК), включая квантовый и служебный каналы, а также капал синхронизации, совместно с информационными каналами с частотным уплотнением в одном оптическом волокне. Также предлагаемое изобретение позволит изменять длину волны работы системы КРК в С-диапазоне длин волн, что, в свою очередь, позволит подстраивать длину волны системы под существующие телекоммуникационные линии связи.

Особенностью предлагаемого устройства является использование в блоке получателя волоконного оптического циркулятора, двух перестраиваемых волоконных спектральных фильтров, а также блоков управления перестройкой длины волны волоконных спектральных фильтров. При этом перестройка волоконных спектральных фильтров по длине волны обеспечивается блоками управления перестройкой длины волны за счет изменения и поддержания температуры волоконных спектральных фильтров.

В результате добавления перестраиваемых волоконных спектральных фильтров достигается высокая спектральная селективность оптического сигнала, участвующего в формировании криптографического ключа. В отличие от известных устройств, представленных выше, добавление перестраиваемых волоконных спектральных фильтров позволяет перестраивать длину волны системы КРК и значительно ослабить влияние спектральных шумов, возникающих при частотном уплотнении квантового канала с вспомогательными каналами в одном оптическом волокне.

Технический результат заявляемого устройства заключается в новой технической реализации блока получателя устройства фотонной квантовой связи, обеспечивающей повышенную устойчивостью к шумам в волоконно-оптической линии связи квантового канала и перестройку по длине волны системы за счет дополнительной фильтрации сигнала.

Принципиальная схема дополнительной фильтрации оптического сигнала, участвующего в генерации криптографического ключа, представлена на Фиг. 1. В упрощенном виде работа фильтров описывается следующим образом;

- после отражения сигнала от первого перестраиваемого волоконного спектрального фильтра в спектре выходного сигнала остается диапазон, включающий в себя обе поднесущие частоты и все, что находится между ними;

- после прохождения через второй перестраиваемый волоконный спектральный фильтр, работающий на пропускание, из спектра сигнала исключается несущая частота.

Принципиальная схема устройства квантовой рассылки ключа Набоковых частотах, с возможностью перестройки длины волны и повышенной устойчивостью к шумам в волоконно-оптической линии связи представлена на Фиг. 2. Устройство разработано таким образом, что может быть собрано из стандартного телекоммуникационного оборудования Заявленное устройство состоит из блока отправителя битовой последовательности и блока получателя, соединенных при помощи волоконно-оптического канала связи. Техническая реализация блока отправителя остается неизменной, в то время как в состав блока получателя внесены коррективы.

Блок получателя содержит волоконный поляризационный светоделитель, два волоконных фазовых модулятора, волоконный оптический соединитель, волоконный оптический циркулятор, два перестраиваемых волоконных спектральных фильтра, два блока управления перестройкой длины волны волоконных перестраиваемых фильтров и детектор одиночных фотонов.

Сигнал из блока отправителя по квантовому каналу поступает в блок получателя на входной порт волоконного поляризационного светоделителя (1), выходные порты которого соединены с первым волоконным фазовым модулятором (2) и вторым волоконным фазовым модулятором (3). Сигналы с выходных портов модуляторов (2) и (3) поступают на входные порты волоконного оптического светоделителя (4). Из выходного порта (4) сигнал поступает на первый порт волоконного оптического циркулятора (5), откуда поступает на второй порт циркулятора, соединенный с первым перестраиваемым волоконным спектральным фильтром (6), управляемым при помощи блока управления перестройкой длины волны волоконного спектрального фильтра (9). После отражения от (6) сигнал поступает из второго порта циркулятора в третий, откуда, в свою очередь, поступает на второй перестраиваемый волоконный спектральный фильтр (7), управляемый вторым блоком управления перестройкой длины волны волоконных спектральных фильтров (10). С выхода (7) сигнал поступает на детектор одиночных фотонов (8).

Преимуществом устройства является возможность перестраивать длину волны системы КРК и значительно ослабить влияние спектральных шумов, возникающих при частотном уплотнении квантового канала с вспомогательными каналами в одном оптическом волокне.

Изобретение относится к оптической технике. Технический результат заключается в повышении устойчивости к шумам в волоконно-оптической линии связи квантового канала блока получателя устройства фотонной квантовой связи. Устройство содержит блок отправителя, соединенный квантовым каналом с блоком получателя. Блок получателя включает волоконный поляризационный светоделитель, первый выходной порт которого соединен с первым волоконным фазовым модулятором, при этом второй порт соединен со вторым волоконным фазовым модулятором, волоконный оптический соединитель, входные порты которого подключены к выходным портам обоих волоконных фазовых модуляторов, волоконный оптический циркулятор, к первому порту которого подключен выходной порт волоконного оптического соединителя, при этом ко второму порту подключен первый перестраиваемый волоконный спектральный фильтр, управляемый при помощи первого блока управления перестройкой длины волны волоконного спектрального фильтра, в то время как третий порт циркулятора подключен ко второму перестраиваемому волоконному спектральному фильтру, управляемому при помощи второго блока управления перестройкой длины волны волоконного спектрального фильтра, при этом второй перестраиваемый волоконный фильтр подключен к детектору одиночных фотонов. 2 ил.

Устройство квантовой рассылки ключа на боковых частотах с повышенной устойчивостью к шумам в волоконно-оптической линии связи, содержащее блок отправителя, соединенный квантовым каналом с блоком получателя, в состав которого входят: волоконный поляризационный светоделитель, первый выходной порт которого соединен с первым волоконным фазовым модулятором, при этом второй порт соединен со вторым волоконным фазовым модулятором; волоконный оптический соединитель, входные порты которого подключены к выходным портам обоих волоконных фазовых модуляторов; волоконный оптический циркулятор, к первому порту которого подключен выходной порт волоконного оптического соединителя, при этом ко второму порту подключен первый перестраиваемый волоконный спектральный фильтр, управляемый при помощи первого блока управления перестройкой длины волны волоконного спектрального фильтра, в то время как третий порт циркулятора подключен ко второму перестраиваемому волоконному спектральному фильтру, управляемому при помощи второго блока управления перестройкой длины волны волоконного спектрального фильтра, при этом второй перестраиваемый волоконный фильтр подключен к детектору одиночных фотонов.