基于FPGA的QKD光源時序校準系統(tǒng)研究與設計.pdf

1、隨著量子理論與技術的發(fā)展，以量子密鑰分發(fā)(Quantum Key Distribution，QKD)為基礎的量子保密通信逐步成為保障網(wǎng)絡信息安全的強有力技術手段，在對信息安全要求較高的政府、國防、金融、能源、科研等領域有著廣泛的應用。QKD終端設備中各路光源的時序校準是QKD系統(tǒng)生成安全可靠密鑰的前提條件，因此研究高效率、高精度的時序校準裝置對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)化進程。
　　本文針對QKD終端設備中

2、八路量子態(tài)光信號在設備出口處存在固有時間偏差的問題，設計了一套以高精度時間數(shù)字轉(zhuǎn)換器（Time Digitial Converter，TDC）為核心、以FPGA為主控單元的QKD光源時序校準系統(tǒng)。整個時序校準系統(tǒng)可分為信號調(diào)理部分、時間測量部分和FPGA主控部分。信號調(diào)理部分采用高速比較器對光電轉(zhuǎn)換后的差分小信號進行幅度甄別，采用D觸發(fā)器和RC延時電路實現(xiàn)脈沖展寬，之后將同步光、信號光脈沖電信號分別作為TDC的起始、停止信號;時間測量部

3、分采用高精度時間間隔測量芯片TDC-GPX對調(diào)理后的脈沖電信號進行時間間隔測量并將測量結果傳送給FPGA主控部分;FPGA主控部分負責系統(tǒng)外圍電路的控制及測量數(shù)據(jù)的運算和處理，通過向待校QKD設備下發(fā)延時調(diào)整命令幀，分別調(diào)整八路光信號的發(fā)光時間，使其滿足在時間上的不可分辨性。
　　為驗證校準系統(tǒng)的性能，對TDC-GPX的性能進行了測試，對QKD光源時序校準系統(tǒng)進行了整體測試。測試結果表明，校準系統(tǒng)精度小于80ps，用于實際待校準Q