專利名稱：一種電可調(diào)光衰減器的控制方法及光衰減系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及光設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種電可調(diào)光衰減器的控制方法及光衰減系統(tǒng)，用于量子密鑰分發(fā)系統(tǒng)中發(fā)射端。
背景技術(shù)：
光衰減器是廣泛用于光網(wǎng)絡(luò)中的一種光無源器件，用于對光功率進行一定量的衰減，可分為固定光衰減器和可調(diào)光衰減器，前者主要用于調(diào)節(jié)光線路功率，后者主要用于光功率過高的光線通信線路產(chǎn)生固定衰減。其中可調(diào)光衰減器按照調(diào)節(jié)方式的不同可分為機械式可調(diào)光衰減器和電可調(diào)光衰減器(Elactrical Variabal Optical Attenuator, EV0A)，而電可調(diào)光衰減器按照所采用驅(qū)動信號的不同又可分為電壓控制式光衰減器和電流控制式光衰減器。量子密碼學(xué)是在量子力學(xué)理論基礎(chǔ)上發(fā)展而來的一種新的數(shù)據(jù)加密技術(shù)。不同于傳統(tǒng)的基于數(shù)學(xué)理論的密碼技術(shù)，量子密碼加密的數(shù)據(jù)不會被任意擷取或被插入另一段具有惡意的數(shù)據(jù)，因此量子密碼是理論上最為安全的數(shù)據(jù)加密技術(shù)。量子密碼學(xué)體系包含了量子密鑰分發(fā)、量子存儲和中繼、量子身份認(rèn)證、入侵檢測、量子編碼、量子密碼共享、量子安全協(xié)議、量子密碼分析、量子信息論、以及量子密碼和經(jīng)典密碼的結(jié)合等研究方向。其中量子密鑰分配是量子密碼體系的核心，隨著研究的深入，逐漸將量子中繼、入侵檢測等內(nèi)容也納入了量子密鑰分配的研究內(nèi)容。因此也有研究者將量子密鑰分發(fā)直接代指狹義的量子密碼。由于在量子密鑰分發(fā)系統(tǒng)中發(fā)射端里EVOA的衰減值在標(biāo)定好后每次加電壓其衰減再現(xiàn)性較差，而衰減值的變化會導(dǎo)致安全密鑰量的減少，是整個系統(tǒng)通信安全的重大隱患。為解決這個問題，現(xiàn)有量子密鑰分發(fā)系統(tǒng)中發(fā)射端里EVOA通常會增加自動控制部分，從而使EVOA的衰減值能夠保持在可接受的變化幅度內(nèi)。目前已公開的EVOA衰減自動控制系統(tǒng)方案中一般都是使用步進驅(qū)動，此種方式衰減精度不高，而且系統(tǒng)響應(yīng)時間過慢， 大約為Is左右，此外系統(tǒng)衰減的動態(tài)范圍過窄。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于克服現(xiàn)有量子密鑰分發(fā)系統(tǒng)中發(fā)射端里EVOA的衰減值在標(biāo)定好后每次加電壓其衰減都會有所變化從而導(dǎo)致通信安全系數(shù)下降的關(guān)鍵性難題，提供一種電可調(diào)光衰減器的控制方法及光衰減系統(tǒng)，可提高量子密鑰分發(fā)系統(tǒng)中發(fā)射端內(nèi)光衰減的系統(tǒng)精度及響應(yīng)時間。本發(fā)明的電可調(diào)光衰減器的控制方法包括
步驟1、通過分別與電可調(diào)光衰減器的光輸入端口、光輸出端口連接的分束器分別將輸入光和輸出光分出一定比例；
步驟2、檢測分出的輸入光、輸出光的強度；
步驟3、根據(jù)檢測得到的分出的輸入光、輸出光的強度，以及輸入光、輸出光分出的比例計算電可調(diào)光衰減器的實際衰減值；步驟4、根據(jù)計算得到的實際衰減值與預(yù)先設(shè)定的標(biāo)準(zhǔn)衰減值的差值，對電可調(diào)光衰減器進行控制。進一步地，所述對電可調(diào)光衰減器進行控制是以實際衰減值與預(yù)先設(shè)定的標(biāo)準(zhǔn)衰減值的差值作為輸入，通過PID控制器進行控制。本發(fā)明的光衰減系統(tǒng)，包括電可調(diào)光衰減器，所述電可調(diào)光衰減器包含光輸入端口、光輸出端口和控制端口，所述光衰減系統(tǒng)還包括輸入光分束器、輸出光分束器、控制裝置、光衰減器驅(qū)動電路及至少一個光強檢測裝置；所述輸入光分束器的輸入端與輸入光路連接，兩個輸出端分別與電可調(diào)光衰減器的輸入端口、光強檢測裝置的輸入端連接；所述輸出光分束器的輸入端與電可調(diào)光衰減器的輸出端口連接，兩個輸出端分別與光強檢測裝置的輸入端、輸出光路連接；所述控制裝置的輸入端與光強檢測裝置的輸出端連接，輸出端與光衰減器驅(qū)動電路的輸入端連接；光衰減器的輸出端與電可調(diào)光衰減器的控制端口連接并根據(jù)控制裝置傳送的控制信號驅(qū)動電可調(diào)光衰減器對光的衰減量進行調(diào)節(jié)。優(yōu)選地，所述電可調(diào)光衰減器為電壓控制式光衰減器。優(yōu)選地，所述控制裝置為PID控制器。本發(fā)明解決了量子密鑰分發(fā)系統(tǒng)中發(fā)射端里EVOA的衰減值在標(biāo)定好后每次加電壓其衰減都會有所變化的關(guān)鍵性難題，并根據(jù)輸入光與輸出光計算得到的實際衰減值和標(biāo)準(zhǔn)衰減值進行比對，通過PID控制器對電可調(diào)光衰減器進行實時調(diào)節(jié)，提高了整個系統(tǒng)的控制精度、響應(yīng)速度。


圖1為本發(fā)明的光衰減系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖2為本發(fā)明的光衰減系統(tǒng)的工作原理示意圖。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的技術(shù)方案進行詳細說明
本發(fā)明的光衰減系統(tǒng)，如附圖1所示，包括電可調(diào)光衰減器、輸入光分束器、輸出光分束器、控制裝置、光衰減器驅(qū)動電路及至少一個光強檢測裝置；所述輸入光分束器的輸入端與輸入光路連接，兩個輸出端分別與電可調(diào)光衰減器的輸入端口、光強檢測裝置的輸入端連接；所述輸出光分束器的輸入端與電可調(diào)光衰減器的輸出端口連接，兩個輸出端分別與光強檢測裝置的輸入端、輸出光路連接；所述控制裝置的輸入端與光強檢測裝置的輸出端連接，輸出端與光衰減器驅(qū)動電路的輸入端連接；光衰減器驅(qū)動電路的輸出端與電可調(diào)光衰減器的控制端口連接并根據(jù)控制裝置傳送的控制信號驅(qū)動電可調(diào)光衰減器對光的衰減量進行調(diào)節(jié)。本具體實施方式
中，所述控制裝置采用PID控制器，光衰減器采用電壓控制式光衰減器。在量子密鑰分發(fā)系統(tǒng)中由于整個系統(tǒng)頻率很高，所以衰減器的調(diào)整時間如果過長將會很顯著的降低密鑰產(chǎn)生量，而電壓控制式光衰減器的響應(yīng)時間在微秒量級，所以很適合量子密鑰分發(fā)系統(tǒng)。本發(fā)明是使用PID算法對電壓控制式光衰減器進行控制的，PID算法是很成熟的算法，可靠性好而且算法簡單，所以MCU處理的時間也會加快。此外為了簡化 PID算法，系統(tǒng)中只用了比例算法，而且對各個衰減值的比例系數(shù)都做了不同的設(shè)定，這樣既可以滿足簡化算法減少MCU處理時間，也可以提高系統(tǒng)的響應(yīng)速度。由于現(xiàn)有光強檢測裝置通常具有多路輸入和輸出，因此，本具體實施方式
中，采用一個具有多路輸入、輸出的光強檢測裝置，輸入端分束器和輸出端分束器分出的光可同時使用該光強檢測裝置，當(dāng)然， 也可以各使用一個光強檢測裝置。該裝置先通過光電轉(zhuǎn)換將光信號轉(zhuǎn)換為電信號，再進入放大濾波進入高速模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，經(jīng)過MCU處理后使用高速數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器對EVOA的衰減電壓進行控制。本發(fā)明的光衰減系統(tǒng)的工作原理如圖2所示，具體工作過程如下
A、在EVOA光輸入端加進輸入光分束器，其分光比例為10:90，將10%的光源引入光強檢測裝置，用于監(jiān)測輸入光源；另外90%的光源則引入EVOA的輸入端；在EVOA光輸出端加進輸出光分束器，其分光比例為1 :99，將99%的光源引入光強檢測裝置，用于監(jiān)測輸出光源，另外1%的光源則作為EVOA的輸出光；此處的分光比例僅為一個例子，具體應(yīng)用中可根據(jù)實際情況確定分光比例；
B、光強檢測裝置分別對輸入光分束器和輸出光分束器引入的光源進行檢測，其檢測原理是使用光電二極管將光信號轉(zhuǎn)換為電流信號，再通過電流轉(zhuǎn)電壓電路轉(zhuǎn)換為電壓信號；
C、將前級輸出的電壓信號進行兩次放大，之后輸出電壓信號經(jīng)過抗混疊濾波器，最后通過MCU的12bit高速模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，此數(shù)字信號表征了輸入光源的強度。其中，第二次放大的倍數(shù)是通過MCU來控制的，其原理是通過模擬開關(guān)來進行多量程之間的切換，而何時切換是根據(jù)此時數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換的數(shù)值是否過大或過小，如果過大或過小就會切換至低量程或高量程，直至轉(zhuǎn)換的數(shù)值為一個合理的值；
D、由于輸入光與輸出光是按比例引至監(jiān)控系統(tǒng)，并且分束器的比例本身也是有誤差的，以及還有光纖的插入損耗，所以要對模/數(shù)轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換的數(shù)值進行修正還原出真實的輸入和輸出光強，而其比值就為系統(tǒng)實際衰減的值；
E、系統(tǒng)實際衰減值與標(biāo)準(zhǔn)衰減值做差值，對差值使用PID算法，將經(jīng)過計算后的值使用串行總線接口傳給驅(qū)動電路中的數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為模擬信號；其中標(biāo)準(zhǔn)衰減值可以是預(yù)先設(shè)定，也可以通過通信接口進行輸入和修改；
F、驅(qū)動電路中的放大器對模擬信號進行放大，并加一級驅(qū)動來驅(qū)動EVOA的輸出。這樣即實現(xiàn)了對EVOA的衰減量進行實時監(jiān)測和調(diào)節(jié)。本發(fā)明的光衰減系統(tǒng)對于輸入光強為Iw至IOw的光源，其衰減的范圍在 25dB至50dB，即衰減動態(tài)范圍為25dB，精度控制在1%，響應(yīng)時間在IOOms以內(nèi)。完全可滿足量子密鑰分發(fā)系統(tǒng)的使用要求。
權(quán)利要求
1.一種電可調(diào)光衰減器的控制方法，其特征在于，該方法包括步驟1、通過分別與電可調(diào)光衰減器的光輸入端口、光輸出端口連接的分束器分別將輸入光和輸出光分出一定比例；步驟2、檢測分出的輸入光、輸出光的強度；步驟3、根據(jù)檢測得到的分出的輸入光、輸出光的強度，以及輸入光、輸出光分出的比例計算電可調(diào)光衰減器的實際衰減值；步驟4、根據(jù)計算得到的實際衰減值與預(yù)先設(shè)定的標(biāo)準(zhǔn)衰減值的差值，對電可調(diào)光衰減器進行控制。
2.如權(quán)利要求1所述電可調(diào)光衰減器的控制方法，其特征在于，所述對電可調(diào)光衰減器進行控制是以實際衰減值與預(yù)先設(shè)定的標(biāo)準(zhǔn)衰減值的差值作為輸入，通過PID控制器進行控制。
3.一種光衰減系統(tǒng)，包括電可調(diào)光衰減器，所述電可調(diào)光衰減器包含光輸入端口、光輸出端口和控制端口，其特征在于，所述光衰減系統(tǒng)還包括輸入光分束器、輸出光分束器、控制裝置、光衰減器驅(qū)動電路及至少一個光強檢測裝置；所述輸入光分束器的輸入端與輸入光路連接，兩個輸出端分別與電可調(diào)光衰減器的輸入端口、光強檢測裝置的輸入端連接；所述輸出光分束器的輸入端與電可調(diào)光衰減器的輸出端口連接，兩個輸出端分別與光強檢測裝置的輸入端、輸出光路連接；所述控制裝置的輸入端與光強檢測裝置的輸出端連接，輸出端與光衰減器驅(qū)動電路的輸入端連接；光衰減器驅(qū)動電路的輸出端與電可調(diào)光衰減器的控制端口連接并根據(jù)控制裝置傳送的控制信號驅(qū)動電可調(diào)光衰減器對光的衰減量進行調(diào)節(jié)。
4.如權(quán)利要求3所述光衰減系統(tǒng)，其特征在于，所述電可調(diào)光衰減器為電壓控制式光衰減器。
5.如權(quán)利要求3所述光衰減系統(tǒng)，其特征在于，所述控制裝置為PID控制器。
6.如權(quán)利要求3所述光衰減系統(tǒng)，其特征在于，所述輸入光分束器分至光強檢測裝置和分至電可調(diào)光衰減器的輸入端口的光的比例為10 90 ；所述輸出光分束器分至光強檢測裝置和分至輸出光路的光的比例為99 :1。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種電可調(diào)光衰減器的控制方法，屬于光設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域。該方法包括步驟1、通過分別與電可調(diào)光衰減器的光輸入端口、光輸出端口連接的分束器分別將輸入光和輸出光分出一定比例；步驟2、檢測分出的輸入光、輸出光的強度；步驟3、根據(jù)檢測得到的分出的輸入光、輸出光的強度，以及輸入光、輸出光分出的比例計算電可調(diào)光衰減器的實際衰減值；步驟4、根據(jù)計算得到的實際衰減值與預(yù)先設(shè)定的標(biāo)準(zhǔn)衰減值的差值，對電可調(diào)光衰減器進行控制。本發(fā)明還公開了一種光衰減系統(tǒng)。本發(fā)明具有控制精度高、響應(yīng)速度快的優(yōu)點，特別適用于量子密鑰分發(fā)系統(tǒng)中發(fā)射端。
文檔編號H04L9/08GK102223181SQ20111016174
公開日2011年10月19日 申請日期2011年6月16日 優(yōu)先權(quán)日2011年6月16日
發(fā)明者郝鵬磊, 郭俊福, 陳巍 申請人:安徽問天量子科技股份有限公司