连续变量相干光系统中的光源和接收端的研制

论文摘要

基于数学的经典密码通信是有条件的安全信道，而基于量子力学原理的量子密码通信是绝对安全的，其核心是量子密钥分配。连续变量量子密钥分配具有设备简单、信道容量大等优势，是量子密码研究的热点之一。本文致力于连续变量相干光系统中的激光光源和接收端单元电路的研制，以满足连续变量量子密钥分配实验研究的需要。论文主要内容如下：简要介绍连续变量相干光实验方案和测试平台已有的光调制器件进行光调制的原理，并分析了平衡零差检测方法，同时介绍基于虚拟仪器的接收端数据采集与控制系统。激光光源部分采用国产半导体激光器AL0808T500输出高稳定的相干光。输出功率的稳定主要依赖于注入电流和工作温度两个因素。驱动电流源采用电流串联负反馈技术，输出电流的稳定度可达0.012%；温度控制电路基于比例积分（PI）算法，并附加散热装置，使得激光器在4小时内输出光功率的稳定度优于0.06%。整体系统采用单片机控制和DVM显示，同时对激光器进行一系列的电路保护。接收端单元电路包括两个部分：用于控制相位同步的压电陶瓷（PZT）驱动电源和相干光接收电路的改进。根据国产PZT位移致动器的特性，采用直流放大式电压控制型驱动电源，内建一个低通滤波器提高驱动电压的稳定性，并用光电隔离器保护采集卡和计算机。驱动电源静态纹波电压低于45mV。自行设计了PZT相移器的机械构件提高PZT的伸缩性能，测量了PZT加载电压和位移关系。在相干光接收电路的改进方面上，选用光电二极管S1223-01增大有效光敏面积，降低空间上的对准困难；采用有源带通滤波器提取载波分量，输出信噪比可达60dB；在同等的采样率下，采用具有惰性失真的二极管包络解调电路，提高了数据的采集精度。对采集信息作简单的数据处理即可有效地还原信息，实验的误码率低于0.1%，改进后的电路也适用于电光幅度调制器和电光相位调制器的联合调制的实验测量。

论文目录

• 中文摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 课题背景
• 1.2 国内外发展现状
• 1.3 本文的主要内容与研究意义
• 1.4 论文结构及章节安排
• 第二章 连续变量相干光系统总体方案
• 2.1 连续变量相干光系统简介
• 2.2 光调制器及其工作原理
• 2.2.1 声光调制器工作原理
• 2.2.2 电光幅度调制器工作原理
• 2.2.3 相位调制器工作原理
• 2.3 平衡零差检测原理
• 2.4 基于虚拟仪器的接收端数据采集与控制系统
• 2.4.1 虚拟仪器技术
• 2.4.2 接收端数据采集与控制系统
• 2.5 本章小结
• 第三章 LD 驱动电源
• 3.1 LD 的主要工作特性
• 3.1.1 P-I 特性
• 3.1.2 温度特性
• 3.1.3 方向特性
• 3.1.4 AL0808T500 型激光器的性能指标
• 3.2 驱动电源设计方案
• 3.2.1 驱动电源系统框图
• 3.2.2 稳压电源
• 3.2.3 驱动电流源电路
• 3.2.4 自动温度控制电路
• 3.2.5 保护电路与异常检测
• 3.2.6 显示模块
• 3.2.7 单片机控制流程
• 3.3 散热器的封装
• 3.4 测试结果
• 3.4.1 驱动电流的测试
• 3.4.2 输出光功率的测试
• 3.5 本章小结
• 第四章 PZT 驱动电源
• 4.1 PZT 微位移器工作机理
• 4.2 PZT 驱动控制类型
• 4.2.1 电流型驱动电源
• 4.2.2 电压型驱动电源
• 4.3 PZT 驱动电源总体设计方案
• 4.3.1 设计目标
• 4.3.2 原理框图
• 4.3.3 功率电源
• 4.3.4 隔离电路
• 4.3.5 低通滤波电路
• 4.3.6 高压放大电路
• 4.4 PZT 相移器的设计与制作
• 4.5 测试结果
• 4.5.1 驱动电源的性能测试
• 4.5.2 PZT 相移器的测试
• 4.6 本章小结
• 第五章 相干光接收电路的改进
• 5.1 原有相干光检测电路
• 5.2 改进后的相干光接收电路
• 5.2.0 高速光电探测器及偏置
• 5.2.1 直流稳压电源
• 5.2.2 光电转换电路
• 5.2.3 前置放大器
• 5.2.4 差分放大电路
• 5.2.5 带通滤波电路
• 5.2.6 解调电路
• 5.3 测试结果
• 5.3.1 滤波后光载波信号的频谱图
• 5.3.2 解调输出信号的测试
• 5.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢
• 个人简历、在学期间的研究成果及发表的学术论文