【摘要】：隨著量子理論與技術(shù)的發(fā)展,以量子密鑰分發(fā)(Quantum Key Distribution,QKD)為基礎(chǔ)的量子保密通信逐步成為保障網(wǎng)絡(luò)信息安全的強(qiáng)有力技術(shù)手段,在對(duì)信息安全要求較高的政府、國防、金融、能源、科研等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。QKD終端設(shè)備中各路光源的時(shí)序校準(zhǔn)是QKD系統(tǒng)生成安全可靠密鑰的前提條件,因此研究高效率、高精度的時(shí)序校準(zhǔn)裝置對(duì)于量子通信的安全性有著重要意義,可加快量子通信產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程。本文針對(duì)QKD終端設(shè)備中八路量子態(tài)光信號(hào)在設(shè)備出口處存在固有時(shí)間偏差的問題,設(shè)計(jì)了一套以高精度時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換器(Time Digitial Converter,TDC)為核心、以FPGA為主控單元的QKD光源時(shí)序校準(zhǔn)系統(tǒng)。整個(gè)時(shí)序校準(zhǔn)系統(tǒng)可分為信號(hào)調(diào)理部分、時(shí)間測(cè)量部分和FPGA主控部分。信號(hào)調(diào)理部分采用高速比較器對(duì)光電轉(zhuǎn)換后的差分小信號(hào)進(jìn)行幅度甄別,采用D觸發(fā)器和RC延時(shí)電路實(shí)現(xiàn)脈沖展寬,之后將同步光、信號(hào)光脈沖電信號(hào)分別作為TDC的起始、停止信號(hào);時(shí)間測(cè)量部分采用高精度時(shí)間間隔測(cè)量芯片TDC-GPX對(duì)調(diào)理后的脈沖電信號(hào)進(jìn)行時(shí)間間隔測(cè)量并將測(cè)量結(jié)果傳送給FPGA主控部分;FPGA主控部分負(fù)責(zé)系統(tǒng)外圍電路的控制及測(cè)量數(shù)據(jù)的運(yùn)算和處理,通過向待校QKD設(shè)備下發(fā)延時(shí)調(diào)整命令幀,分別調(diào)整八路光信號(hào)的發(fā)光時(shí)間,使其滿足在時(shí)間上的不可分辨性。為驗(yàn)證校準(zhǔn)系統(tǒng)的性能,對(duì)TDC-GPX的性能進(jìn)行了測(cè)試,對(duì)QKD光源時(shí)序校準(zhǔn)系統(tǒng)進(jìn)行了整體測(cè)試。測(cè)試結(jié)果表明,校準(zhǔn)系統(tǒng)精度小于80ps,用于實(shí)際待校準(zhǔn)QKD設(shè)備中,校準(zhǔn)性能良好,能夠滿足QKD光源時(shí)序校準(zhǔn)系統(tǒng)的需求。
【圖文】：

究背景及意義背景信技術(shù)以單光子為信息載體，以光纖為量子信道，，量子理量子態(tài)不可克隆原理保證了量子通信成為一種絕對(duì)安全的論與技術(shù)的發(fā)展，以量子密鑰分發(fā)（Quantum Key Distribut子保密通信逐步成為未來保障網(wǎng)絡(luò)信息安全的一種非常有子通信領(lǐng)域理論和應(yīng)用研究的熱點(diǎn)，在技術(shù)研究、試點(diǎn)應(yīng)迅速[1]。量子密鑰分發(fā)系統(tǒng)框圖如圖 1.1 所示，QKD 系統(tǒng)主要由發(fā)QKD 系統(tǒng)發(fā)送方首先通過發(fā)送方控制模塊進(jìn)行量子態(tài)信號(hào)過量子信道即光纖傳輸量子態(tài)信號(hào)給接收方；QKD 系統(tǒng)接號(hào)并解碼，QKD 系統(tǒng)發(fā)送方和接收方接著通過經(jīng)典信道進(jìn)錯(cuò)、隱私放大等處理后生成最終密鑰。通過量子密鑰分發(fā)鑰，所共享的量子密鑰基于一次一密的加密機(jī)制加密所要傳

參數(shù)值以液晶屏顯示的方式進(jìn)行顯示。2.2 總體設(shè)計(jì)方案根據(jù)課題的需求分析，本研究以高精度時(shí)間間隔測(cè)量芯片 TDC-GPX 為核心，以現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列 FPGA 為主控單元，設(shè)計(jì)了一套用于 QKD 終端設(shè)備的光源時(shí)序校準(zhǔn)系統(tǒng)，如圖 2.2 所示為時(shí)序校準(zhǔn)系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)框圖。時(shí)序校準(zhǔn)系統(tǒng)主要由光電轉(zhuǎn)換單元、信號(hào)調(diào)理單元、TDC-GPX 時(shí)間測(cè)量單元、FPGA 主控制單元和板級(jí)通信單元等組成。光電轉(zhuǎn)換單元采用 PIN 光電管分別將同步光、信號(hào)光（信號(hào)態(tài)和誘騙態(tài)下各四路）脈沖轉(zhuǎn)換成脈沖電信號(hào)；信號(hào)調(diào)理單元由交流耦合電路、幅值甄別電路、脈沖展寬電路、電平轉(zhuǎn)換電路等組成，最終調(diào)理成 TDC-GPX 能夠識(shí)別的 LVTTL/LVPECL 信號(hào)；時(shí)間測(cè)量單元采用德國 ACAM 公司的高精度時(shí)間間隔測(cè)量芯片 TDC-GPX，將各路信號(hào)光相對(duì)于同步光的時(shí)間準(zhǔn)確測(cè)量出來；主控制單元選用Altera公司的型號(hào)為EP4CE10E22C8N的FPGA，主要完成對(duì)TDC-GPX的工作模式配置、數(shù)據(jù)讀寫操作及后期的數(shù)據(jù)處理等；板級(jí)通信單元主要通過FPGA 實(shí)現(xiàn)本校準(zhǔn)系統(tǒng)與 QKD 發(fā)送方設(shè)備的 FPGA、ARM 通信。
【學(xué)位授予單位】：合肥工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：O413;TN918

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2517010