基于FPGA的QKD光源時(shí)序校準(zhǔn)系統(tǒng)研究與設(shè)計(jì).pdf

1、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(guó)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

2、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

3、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)Q