一种基于确定性量子密钥分发误码判据的相位调制器半波电压的精确测定方法

基于相位编码的量子密钥分发系统需要对信息加载的相位调制器的半波电压进行精确的测定以减小量子密钥的误码率,相位调制器半波电压的测量精度直接影响到了量子密钥分发系统的最终误码.本文提出了一种基于确定性量子密钥分发误码率判据的相位调制器半波电压的精确测定方法,所采用相位调制器的半波电压的测量精度达到了2 mV,实验结果表明这种方法可以用于量子密钥分发实际应用系统中实时获得不同条件下的行波相位调制器的半波电压以最大程度地减小由于相位信息不准确加载而带来的系统误码. 关键词： 量子保密通信 相位编码 半波电压 误码率     

弱相干光源测量设备无关量子密钥分发系统的性能优化分析

测量设备无关量子密钥分发系统能够抵御任何针对单光子探测器边信道的攻击, 进一步结合诱惑态的方案, 可以同时规避准单光子源引起的实际安全漏洞. 测量设备无关量子密钥分发系统中, 非对称传输、分束器的不对称以及各个单光子探测器存在实际参数差异等光学系统的具体实现特征会对系统误码率和成码率等性能产生一定的影响. 本文针对采用弱相干光源的测量设备无关量子密钥分发系统, 引入单光子探测器品质因子的实验参数(暗计数与探测效率的比值), 通过量子化描述, 理论推导并模拟了误码率与单光子探测器品质因子、分束器反射率以及通信双方弱相干光源平均光子数之间的关系. 结果表明: 在X基偏振编码 和相位编码系统中, 当分束器的反射率趋近于0.5时, 误码率取最小值; 在偏振编码和相位编码系统中, 误码率随着单光子探测器品质因子的增大而增大; 在Z基偏振编码系统中, 误码率随分束器的反射率的变化会呈现较小的波动, 当分束器的反射率为0.5时, 若通信双方采用的平均光子数相差较大, 则误码率取最大值; 分束器的反射率和平均光子数对误码率的影响在Z基情况下不能等同, 但是对于X基编码和相位编码却能等同.     

基于弱相干光源测量设备无关量子密钥分发系统的误码率分析

测量设备无关量子密钥分发系统可以免疫任何针对探测器边信道的攻击, 并进一步结合诱惑态方法规避了准单光子源引入的实际安全性问题. 目前实验中一般采用弱相干光源, 但是该光源含有一定比例的空脉冲和多光子脉冲. 本文针对弱相干光源的具体特性, 采用量子力学的描述, 将各个器件进行量子化处理, 并同时考虑探测器的具体性能参数的影响, 分别给出了通信双方各自发送的脉冲含有特定光子数时产生的成功贝尔态和错误贝尔态的概率公式, 从理论上对相位编码和偏振编码测量设备无关量子密钥分发系统的误码率进行了定量分析, 分别推导并模拟了通信双方采用的平均光子数对称和不对称时误码率随传输距离的变化情况, 结果表明在偏振编码Z基中, 多光子脉冲不会引起误码; 在偏振编码X基和相位编码中, 受多光子影响, 产生的误码率较大. 对于不同的编码方式, 误码率均随传输距离的增加有不同程度的升高, 长距离传输时, 平均光子数越小, 产生的误码率越大; 在偏振编码X基和相位编码的短距离传输中, 相对于对称, 通信双方采用的平均光子数不对称时产生的误码率较大.     

一种基于确定性量子密钥分发误码判据的相位调制器半波电压的精确测定方法

基于相位编码的量子密钥分发系统需要对信息加载的相位调制器的半波电压进行精确的测定以减小量子密钥的误码率,相位调制器半波电压的测量精度直接影响到了量子密钥分发系统的最终误码.本文提出了一种基于确定性量子密钥分发误码率判据的相位调制器半波电压的精确测定方法,所采用相位调制器的半波电压的测量精度达到了2mV,实验结果表明这种方法可以用于量子密钥分发实际应用系统中实时获得不同条件下的行波相位调制器的半波电压以最大程度地减小由于相位信息不准确加载而带来的系统误码.     

量子信令的偏振态差分相位编码方案及仿真

为了研究量子通信信令系统,实现多用户之间进行通信,提出了一种量子信令的偏振态差分相位编码方案,阐述了编码过程.发送方使用光子的不同偏振态来表示不同的信令,然后对光子进行相位调制,通过前后两个光脉冲的相位差进行量子信令编码.接收方根据两个光脉冲在光合束器处发生干涉,由于相位差不同可以被不同的检测器检测到而得到0或1信号完成解码.根据高斯脉冲分布,导出了光子传输过程中由于脉冲延迟引起的差分相位编码系统的量子误码率与脉冲宽度以及延迟时间分布参量之间的定量关系,推出高斯分布的单光子脉冲在确定的时间抖动分布情况下系统的量子误码率.对量子信令编码效率和误码率进行分析并仿真,结果表明本文提出的编码方案可以达到75％编码效率,能够满足量子移动通信的需要.     

偏振光学系统中相位延迟机理及其应用

为了实现偏振编码的自由空间量子密钥分发实验,研制了偏振保持的光机系统,并对该系统所采用的相位延迟传输机理及应用进行了研究,建立了偏振误码率在允许范围内的量子链路.首先,采用矩阵光学理论对偏振光的方位角、相位延迟与消光比的关系进行了介绍.接着,通过矩阵光学理论及实验验证了偏振光学系统的相位延迟线性叠加原理.然后,在相位延迟线性叠加原理的基础上,设计了一套偏振保持光学系统,并通过理论分析及实验验证了此系统具备良好的偏振保持效果.最后,将偏振保持光学系统的设计机理应用于量子通信光机系统的设计之中,并取得了良好的设计效果.实验结果表明:相位之间的相互抵消可以有效地进行偏振保持设计,最终设计的量子通信光机系统的偏振消光比优于500∶1.满足了自由空间量子通信实验中对偏振误码率的要求.     

非线性相位噪声对DQPSK调制系统性能影响研究

为了研究非线性相位噪声对差分正交相移键控（DQPSK）调制系统性能的影响,在理论推导非线性相位噪声数学模型的基础上,通过固定接收端信噪比不变,仿真分析了40Gb/s速率时DQPSK调制系统误码率随输入信噪比的变化情况。结果表明:与二进制差分相移键控（DPSK）调制相比,DQPSK调制对非线性相位噪声的影响更为敏感,当非线性效应较大时,非线性相位噪声将使系统误码率显著增大,严重影响系统通信质量。因此,当采用DQPSK调制时,必须考虑非线性相位噪声对系统性能的影响。     

高稳定的差分相位编码量子密钥分发系统

在差分法基础上提出了一种改进的差分相位编码量子密钥分发(QKD)方案.Alice采用脉冲激光光源,通过两个串联光纤延迟环产生四个均匀的相干脉冲，并对脉冲进行差分调制，补偿了传输过程中环境对偏振的扰动.Bob采用双FM干涉仪,在窄脉冲门控模式下进行单光子探测.单程传输避免了木马攻击，增强了方案的安全性.实验结果表明，系统可以长期稳定运转(大于24h)，误码率为3％.改进的系统具有高效、稳定、低成本的优点，实施方便，有很好的实用价值. 关键词： 量子保密通信 量子密钥分发 差分相位编码     

基于弱相干光的实际QKD系统的安全性研究

实际量子密钥分发系统使用的单光子源主要是由弱激光脉冲经衰减得到。它不是理想单光子源而是服从泊松分布的准单光子源。每个非空光脉冲中包含多光子的概率不为零,强大的窃听者可利用此获得一些关于最终密钥的信息。因此,有必要研究实际QKD系统的安全性。采用对多光子进行分束窃听、单光子最佳攻击相结合的方案,用Shannon信息理论分析了基于弱相干光的实际QKD系统的安全性。研究结果表明实际QKD系统对于分束窃听和最佳攻击是安全的,并给出合法通信双方在该攻击方案下所容忍的误码率上限。     

基于空间分集的海洋无线光通信轨道角动量复用系统的性能

为了解决水下通信轨道角动量复用系统中海洋湍流引起的信号串扰,基于空间分集技术提出了一种海洋湍流缓解方案.用随机相位屏法模拟海洋湍流对信号产生的相位扰动,用分步传输法模拟光束的衍射传播,在接收端使用等增益分集合并技术对信号进行合并处理.系统采用4路轨道角动量复用8路空间分集,仿真分析了轨道角动量复用集合、海洋湍流强度和传输距离等因素对系统误码率性能的影响.仿真结果表明,轨道角动量复用集合的模式间隔从1增加到2,误码率降低较为明显;随着模式间隔继续增大,误码率性能改善有限;误码率随传输距离和湍流强度的增加而增大.结果证明在海洋光通信系统中使用分集合并技术可以有效缓解湍流对信号传输的影响.     

相位编码光码分多址系统中的非高斯分析方法

随着相位编解码器关键技术的突破,精确分析相位编码光码分多址(OCDMA)系统误码率性能显得十分必要。为了精确分析相位编码光码分多址系统误码率性能,提出了一种基于判决变量的矩母函数和鞍点近似的非高斯近似方法,该方法能够精确考虑多址干扰、散粒噪声、热噪声各自的统计特性和相互间的非加性关系。比较了高斯近似、精确计算和文中所提出方法在分析相位编码系统误码率时的计算精度和复杂度,结果证明该分析方法具有分析精度高、计算复杂度低的优点。     

时间抖动对相位编码量子密钥分发系统量子误码率的影响

就时间抖动对相位编码量子密钥分发(QKD)系统量子误码率(QBER)的影响进行了系统的分析,建立了相位编码QKD系统量子误码率和时间抖动关系的物理模型,给出了单光子脉冲的一般波形函数和量子误码率之间的关系.针对高斯脉冲分布,导出了时间抖动引起的相位编码QKD系统的量子误码率与脉冲宽度和时间抖动分布参数之间的定量关系.得...     

基于衍射深度神经网络的四相OAM相干复用解调实现

针对OAM通信系统中相干OAM复用光束的解调技术，提出了一种基于纯振幅型衍射深度神经网络(D²NN)的OAM相干复用解调实现方法。通过数值实验研究了D²NN解调器对四相OAM相干复用波束的解调性能，使用误码率(BER)对其性能进行了表征。为了降低D²NN解调的误码率，提出了一种改进的OAM选择策略。并与纯相位型D²NN解调器进行性能对比，仿真实验结果表明，该方法对四相OAM相干复用波束具有较高的解复用和解调精度有着明显优势，为OAM相干复用通信提供了一种灵活的实时解调方法。     

基于多混沌系统的双图像光学加密算法

为了扩展双图像光学加密算法的密钥空间,克服双随机相位加密系统中随机相位掩模作为密钥难于存储、传输和重构的问题,突破传统图像加密的研究思路,提出了一种基于多混沌系统的双图像加密算法,构造了光学加密系统。系统增加混沌系统参数作为密钥,利用混沌加密密钥空间大和图像置乱隐藏性好的特点,构建基于Logistic混沌映射的图像置乱算法,利用Kent混沌映射生成的伪随机序列构造出一对随机相位掩模,分别放置在分数傅里叶变换光学装置的两端,图像经加密系统变换后得到密文。数值仿真结果表明,算法的密钥敏感性极高,能够有效地对抗统计攻击,具有较高的安全性。     

自动补偿高效的差分相位编码QKD系统

提出一种自动补偿高效实用的改进型差分相位编码量子密钥分发方案.在Alice端采用偏振型强度调制器对连续激光进行调制，产生任意个相干脉冲进行差分相位调制编码；在Bob端采用双FM干涉仪代替传统的M-Z干涉仪，自动补偿了环境引起的偏振抖动，提高了系统的干涉稳定度.简化了系统的结构，提高了密钥生成效率，增强了系统的安全性.在实验上实现了稳定的80km量子密钥分配，误码率<4%. 关键词： 量子保密通信 量子密钥分发 差分相位编码 偏振型强度调制器     

一种能有效消除水声信道相位连续旋转的分数间隔盲均衡算法研究

针对信道均衡过程中的均衡器输出相位连续旋转问题,提出一种带有二阶数字锁相环的分数间隔超指数迭代盲均衡算法。该算法利用分数间隔超指数迭代算法加强对信道多途的抑制,利用二阶数字锁相环消除均衡器输出信号连续相位旋转,从而实现对原始发射信号的正确恢复。水池实验结果表明:该算法相对于常规盲均衡算法,收敛速度快,剩余均方误差小,能够有效地消除均衡器输出信号相位连续旋转,从而降低水声通信系统的误码率。      

量子密钥分配系统中的通信速率和误码率

基于通信速率和误码率在量子保密通信研究中的重要性, 采用1.55 μm上转换单光子探测器, 分析其量子效率随抽运功率的变化关系, 得出1.55 μm上转换单光子探测器较传统的铟镓砷二极管具有较高的量子效率和较低暗计数的优势, 并根据通信距离、上转换单光子探测器的量子效率和暗计数之间建立一种平衡, 得出每种距离上探测器的优化方案; 在考虑个体攻击无量子记忆的条件下, 比较BB84协议, BBM92协议和差分相移协议的量子密钥分配(QKD)系统的安全通信速率和误码率随通信距离的变化关系, 得出了差分相移键控协议的量子密钥分配系统是一个非常实用的, 通信距离大于200 km的很有吸引力的长距离量子密钥分配系统。     

长程光纤传输的时间抖动对相位编码量子密钥分发系统的影响

测量了光脉冲在不同传输距离和不同外界环境影响下基于差分相位编码和双不等臂M-Z相位编码系统的时间抖动,并根据时间抖动的分布情况建立了相位编码量子密钥分发系统中误码率和时间抖动关系的物理模型,给出了单光子脉冲一般波形函数和误码率之间的关系式,根据这个关系式可以得出确定波形单光子脉冲在确定时间抖动分布情况下系统误码率的结果. 关键词： 量子密钥分发 相位编码 时间抖动 误码率     

空地激光通信链路功率与通信性能分析与仿真

分析了空地激光通信系统中主要器件和信道对通信光功率的影响,并根据接收探测器的信噪比和通信误码率公式,建立了空地激光通信仿真系统.分析了在误码率优于10-7条件下,不同地面大气能见度所对应的最高通信速率;以及要实现通信速率为1.5 GHz,误码率优于10-7时需要的最小发射功率和最长通信距离.结果表明,当发射功率越大时,地面大气能见度对误码率的影响越明显.     

X射线通信系统的误码率分析

基于栅极控制脉冲发射X射线源与单光子探测技术的X射线通信语音方案已经在实验室实现, 为探索未来X射线深空通信应用打下了坚实的基础. 实验室X射线语音通信演示系统实现后, 迫切需要测试X射线通信系统的误码率性能. 在泊松噪声模型下对X射线通信演示系统的理论分析的基础上, 使用基于现场可编程门阵列的误码率测量方法对开关键控调制方式下X 射线通信误码率进行测量. 通过实验测量发现, 要实现语音通信, 系统误码率应该达到10^-4 量级; 分析、测量了现有系统在开关键控调制方式下不同速率对应的误码率, 论证了泊松噪声模型理论分析现有X射线通信系统的合理性; 分析提出了限制现有实验室条件下X 射线通信误码率性能的主要因素.