一种面向量子安全光通信的低噪声波长分配方案

发布时间：2021-07-31 22:13

　　量子密钥分发（Quantum Key Distribution,QKD）技术从理论上保证安全的对称密钥分发,它和一次一密技术的结合可显著提高通信系统的安全性。在基于量子安全的光通信系统中,如何将量子信号和经典光信号复用在同一根光纤中以大幅提高系统容量和节约光纤资源是近年来的研究热点之一。在共纤传输过程中,由于量子信号功率极其微弱,容易受到来自经典光信号的噪声干扰。针对以上问题,研究了四波混频和拉曼散射这两种主要噪声对量子信号产生的影响,提出一种通过选择性避免部分四波混频噪声,来有效抑制总体噪声的波长分配方案。仿真结果表明,所提方案可有效抑制四波混频和拉曼散射噪声的影响,并提高波长资源利用率。进一步地,通过实验对单芯光纤和多芯光纤中的噪声水平进行了测量,验证了所提方案的有效性。 

【文章来源】：无线电通信技术. 2020,46(06)

【文章页数】：7 页

【部分图文】：

量子信号与经典光信号共纤传输系统结构

表1 仿真主要参数Tab.1 Main parameters for simulation 参数 数值 τgate(单光子探测器门宽) 1 ns～125 ps fs (单光子探测器工作频率) 10 MHz Δλ (量子信号带宽) 15 GHz ηspd(单光子探测器门宽探测效率) 10% pdark(单光子探测器暗记数) 4×10-6 tIL(系统插入损耗) 8 dB2.1 噪声抑制性能分析

仿真采用标准单模光纤,得到SNAS方案及其对比方案所选量子信道中的噪声光子数与传输距离之间的关系,如图3所示。由图3可以看出,两种SNAS方案即SNAS-n和SNAS-d,性能相近并优于现有的CCA、JOCA和O-ROCA三种方案。SNAS-n方案在整个传输距离上都具有较低的噪声水平,与CCA、JOCA和O-ROCA方案相比, SNAS-n方案在20 km处可以分别降低18.6%、5.1%和7.5%的噪声。SNAS-d方案在传输距离小于2 km时,由于非简并FWM噪声占主导,其性能略逊于JOCA和O-ROCA方案,但当传输距离大于2 km时,拉曼散射噪声成为主要噪声,SNAS-d方案的噪声抑制性能最佳。对不同传输距离下采用BB84协议的QKD系统安全密钥生成率进行了仿真,并考虑了单光子探测器的门宽情况。如图4所示,同样可以看出两种SNAS方案优于对比方案,特别是当单光子探测器的门宽τgate= 125 ps时。该条件下,SNAS-d方案在40 km处的安全密钥生成率是JOCA的2倍和O-ROCA方案的3.6倍。

【参考文献】：
期刊论文
[1]Prospects and research issues in multi-dimensional all optical networks[J]. Yuefeng JI,Jiawei ZHANG,Yongli ZHAO,Xiaosong YU,Jie ZHANG,Xue CHEN.  Science China（Information Sciences）. 2016(10)
[2]Reduction of FWM noise in WDM-based QKD systems using interleaved and unequally spaced channels[J]. 孙咏梅,卢奕杉,牛佳宁,纪越峰.  Chinese Optics Letters. 2016(06)



本文编号：3314270