يو هاييوان 1، وهونغ Zhanyong 1 و 2 يونيو Jianglian

(جامعة 1 خفى من معهد التكنولوجيا في التكنولوجيا الصناعية والمعدات، خفى 230009، الصين،

2. HKUST درع البلاد الكم والتكنولوجيا المحدودة، خفى 230088)

لمدة ثماني دول الكم في QKD الإشارات الضوئية وقت الأصيل محطة تعويض مشاكل عند مخرج الجهاز، وتهدف إلى وضع المفتاح الأساسي مصدر نظام التوزيع توقيت معايرة الكم TDC-GPX. نظام الدول الكم photoelectrically بتحويل الإشارات الضوئية، تكييف إشارة، الساعة عالية الدقة قياس الفاصل رقاقة تقاسم TDC-GPX تكييف نبض اكتساب إشارة كهربائية، والبيانات التي تتم معالجتها بواسطة FPGA، ضبط الوقت انبعاث الضوء من ثمانية الإشارات الضوئية، وذلك لتلبية الفرز بين في الوقت المناسب. تظهر نتائج الاختبار الذي الدقة من هذا النظام هو أقل من 80 ملاحظة، والأداء الجيد للجهاز معايرة معايرة توزيع مفتاح الكم الفعلي هو أن تكون لتلبية متطلبات المعايرة.

توزيع الكم الرئيسية؛ TDC-GPX، توقيت المعايرة، تكييف إشارة، وFPGA، الدقة

CLC: TP274

A

DOI: 10.16157 / j.issn.0258-7998.2016.12.018

شكل الاقتباس الصيني: يو هاييوان، Zhanyong كونغ، Jianglian يونيو تصميم أساسي الكم نظام التوزيع مصدر معايرة توقيت التكنولوجيا الالكترونية، 2016،42 (12): 69-72.

الإنجليزية شكل الاقتباس: يو هاييوان، Zhanyong كونغ، جيانغ Lianjun. تصميم الكم الفوتون توزيع نظام توقيت معايرة الرئيسي .Application من تقنيات الالكترونية، 2016،42 (12): 69-72.

0 مقدمة

QKD (الكم مفتاح التوزيع، QKD) يمكن أن يقدم النظام آمن طريقة توزيع المفتاح جسديا، ولها تطبيقات مهمة في مجال أمن المعلومات والحكومة الوطنية والعسكرية والمالية، والبحث العلمي، وبالتالي يصبح مجال الاتصالات الكم سرية نقطة ساخنة .

بسبب الاختلافات في مسار البث، واستجابة لفي كل مرة التماسك ليزر ليست حاسمة، ونظام QKD بحيث ثمانية الإشارات الضوئية المنبعثة من المرسل في نفس الوقت الجهاز سوف يكون واضحا للمخرج الفاصل الزمني، وسوف توفر بعض القيمة التحليلية المتنصت هناك مخاطر أمنية، ونظام. لضمان أمن النظام QKD، يجب أن يكون مصدر الضوء المرسل QKD عملية معايرة نظام توقيت ثمانية إشارة، فإن مصدر إشارة يصل أي إمكانية الفرز بين اثنين في الوقت المناسب، بحيث المتنصت لا يمكن التمييز بين مركز المعلومات المرسلة من قبل المرسل. المصادر التقليدية للQKD طريقة التشغيل توقيت المعايرة معقدة، والدقة العالية، ويتطلب معايرة بواسطة معدات خاصة. وهكذا، وتطوير مستوى الدقة، ذات الكفاءة العالية مصدر الضوء QKD توقيت وشيك نظام المعايرة التلقائي، وصناعة الاتصالات لتسريع عملية تكميم مهمة أيضا.

كما المستخدمة هنا، مرة الدقة قياس الفاصل رقاقة TDC-GPX ومجال FPGA بوابة برمجة مجموعة، المصممة لتلبية مجموعة من مفتاح الكم مصدر معايرة توقيت توزيع يتطلب الدقة والكفاءة العالية أنظمة توقيت المعايرة.

1 التصميم العام

الكم نظام التوزيع الرئيسي لمصدر توقيت معايرة TDC-GPX باعتبارها العنصر الأساسي، وحدة التحكم القائمة FPGA، جنبا إلى جنب مع وحدات المساعدة الطرفية الأخرى لاستكمال المعايرة، لتحقيق شامل مخطط كتلة النظام هو مبين في الشكل (1). يتألف النظام أساسا من وحدة التحويل الكهروضوئية، وحدة تكييف إشارة، TDC-GPX وحدة قياس الوقت، FPGA وحدة التحكم الرئيسية، وحدات مجلس الاتصالات. وسائل التحويل الكهروضوئية باستخدام الثنائي الضوئي PIN تتم مزامنة الأنابيب الخفيفة، وعلى ضوء إشارة (ولاية إشارة في كل من الدول الأربع وشرك) البقول إلى نبضات كهربائية، وحدة تكييف إشارة من AC اقتران الدائرة وسرعة عالية مقارنة ADCMP572، مستوى رقاقة تحويل MC100EPT21 في تكييف إشارة النهائي لLVTTL TDC-GPX يمكن التعرف عليها؛ وحدة زمنية ACAM قياس ألمانيا مرة الدقة قياس الفاصل رقاقة TDC-GPX، كل قناة من ضوء إشارة فيما يتعلق بإجراء تزامن وقت دقيق للضوء قياس؛ وحدة التحكم الرئيسية اختيار ألتيرا لنموذج FPGA EP4CE10E22C8N، لاستكمال الوسيلة الرئيسية لتكوين TDC-GPX، وقراءة البيانات وعمليات الكتابة والبيانات تجهيز آخر، وما شابه ذلك، المدرسة نظام مجلس محاذاة تنفيذها مع وحدة الاتصال جهاز QKD المرسل في المقام الأول من خلال FPGA FPGA ، ARM الاتصالات.

في وحدة التحكم الرئيسية لاستكمال معالم النموذج الأولي، وقياس الوقت وحدة بعد التكوين، وقياس الوقت وحدة قياس الضوء إشارة فيما يتعلق فترات زمنية ثمانية بين ضوء تزامن؛ وحدة التحكم الرئيسية وحدة قياس ثماني مرات على التوالي القراءة وإشارة متزامن خفيفة على ضوء قيمة الفاصل الزمني ومعالجة البيانات محددة، ومن ثم نتيجة لمعالجة إطار الأمر إلى المرسل QKD FPGA عبر واجهة تسلسلية. هذا FPGA وفقا لإطار القيادة تلقت توليد محرك إشارة كهربائية ألمع تأخر إشارة تأخير المقابلة لألمع الليزر التي ينبعث منها ضوء، بعد تعديل تأخير، يقوم النظام تلقائيا إشارة خفيفة والثاني التزامن الخفيفة قياس الفاصل، رئيسي وحدة التحكم يقرأ قياس ومعالجة البيانات الثاني قيادة تأخير إصدارها مرة أخرى من خلال منفذ تسلسلي. ذلك مرة أخرى، بعد القياسات المتكررة، مقارنة الانحراف، ومراقبة ردود الفعل، وقيمة الانحراف بين الإشارات من ثمانية أصغر، حتى الفاصل الزمني بين إشارة ثمانية أقل من المواصفات بعد اكتمال المعايرة معين يتم إكمال وحدة التحكم الرئيسية الجانب الأخير من المعلمات معايرة كتابتها إلى الذاكرة فلاش للتخزين المعلمات معايرة، المعلمات معايرة باليد يكتب المرسل التسلسلي QKD على ARM.

2 مفتاح التكنولوجيا والتنفيذ

تكييف إشارة 2.1 الأمامية

إشارة وحدة تكييف أساسا AC الدائرة اقتران، مقارنة عالية السرعة، وتحويل رقاقة المستوى، ومخطط هيكل هو مبين في الشكل 2.

في نظام التوزيع مفتاح الكم، وحدة التحويل الكهروضوئية من خلال إشارة خرج البصرية المتزامنة هي التفاضلية صغيرة وضع إشارة مشتركة السعة هي 1 V، سعة التفاضلي نحو 400 بالسيارات. لفحص قيمة صغيرة من هذه الإشارة، والمقارنة يجب الوصول عالي السرعة عن طريق تبادل اقتران . من أجل القضاء على الضوضاء، والحاجة مقارنة لتعيين للمقارنة عتبة معينة مع التباطؤ، التي من المقرر أن 20 فولت ، الناتج من المقارنة هو التفاضلية CML الإشارات التي كتبها تحويل رقاقة المستوى لتحويله إلى إشارة واحدة العضوية كما LVTTL TDC-GPX إشارة الدخل. متزامن البصرية تكييف إشارة مخطط الرسم البياني هو مبين في الشكل (3).

FIG 4 هو الرسم البياني الموجي قبل وبعد وحدة تكييف إشارة تكييف، الذبذبات CH2، CH3 إشارة صغيرة تكييف إشارة التفاضلية قبل، نهاية CH1 تكييف إشارة LVTTL واحد.

تكوين وضع 2.2 TDC-GPX

TDC-GPX من محطة القياس باستخدام نوع، ما مجموعه 4 وسائط، يتم توفير ضوء تزامن في نظام توزيع الترددات الحالية توقيت معايرة مصدر الكم مفتاح إشارة ضوئية من 100 كيلو هرتز، وأنا أختار طريقة قياس TDC-GPX، وتقدم إشارة الدخل نوع LVTTL مدخل واحد العضوية، TDC-GPX تبدأ، ووقف كل إشارة الدخل ارتفاع الزناد حافة؛ شريطة StartRetrig = 1، ثم اتجه على الزناد الداخلية في هذا الوقت يقاس فيما يتعلق بكل السابقة مباشرة إشارة توقف الفاصل الزمني بين إشارة البداية؛ مع الأخذ في الاعتبار دقة قياس TDCGPX PLL رقاقة حول ، وإعدادات تتعلق PLL HSDiv = 205، RefClkDiv = 128، MTimer = 40.

2.3 التحكم في التدفق FPGA

منطلقا بنصر II، فيريلوج HDL المنطق كتابة التعليمات البرمجية، وتحقيق توقيت مصدر معايرة نظام التوزيع مفتاح للتحكم التلقائي من الكم كله، والرسم البياني برنامج المناظرة هو مبين في الشكل (5). بعد النظام، على تكوين تسجيلات TDC-GPX FPGA، لاستكمال التهيئة TDC-GPX، وبعد ذلك يصدر تعليمات إلى الجهاز المرسل FPGA QKD لينبعث ضوء وضوء تزامن من النوع الأول، عندما TDC-GPX FIFO لم يتم تفريغ، تتم قراءة البيانات الفاصل الزمني FPGA في FIFO من والبيانات تحويل شكل محدد، ومعالجة البيانات، والنوع الأول من الضوء لفترة زمنية محددة، يتم إغلاق النوع الأول من الضوء، تنبعث X الأول أنواع الضوء (القيمة الأولية X 2)؛ X نوع مصممة بشكل فردي من الضوء والوقت من النوع الأول من الضوء أقل من مؤشر الانحراف نظرا tx [دلتا]، لتعديل تأخير غير راض حتى كل البصرية جميع تلبية الاحتياجات، وأخيرا، وثمانية أنواع من ضوء المقابلة لوقت الكتابة تأخير فلاش، علاج من الجهاز المرسل إلى ARM في QKD.

أداء اختبار 3 TDC-GPX

الجهاز الأساسية TDC-GPX ونظام المعايرة بأكمله، والذي يحدد بشكل مباشر على أداء نتائج المعايرة نظام المعايرة، التي تم اختبارها القياس في الدقة والخطي من TDC-GPX.

3.1 دقة الاختبار

يشير إلى دقة قياس الوقت في الظروف استنساخه، ويتكرر نفس القياس على فترات من الزمن مما أدى الانحراف المعياري للتوزيع، عادة ما تأخذ قيمة أسوأ حالة قياس دقة . هذا نظام اختبار يولد إشارتين نبض من قبل مولد إشارة ضيقة، وإشارة START TDC-GPX الطريقة، والطريقة الأخرى مثل TDC-GPX إشارة إيقاف، START إيقاف إشارة نسبة إلى الفترة الزمنية للإشارة هو قابل للتعديل.

تحديد وقت قياسي بين إشارة البدء والتوقف فاصل إشارة في تجربة اختبار الحالية و10 م، 20 م، 50 م، 100 م، لكل فترة زمنية قياسية قياس 10،000 مرات، كانت نتائج الاختبار كما هو مبين في الجدول رقم 1 الشكل (6) يعرض نتائج الاختبار الفاصل الزمني المعياري للتوزيع البيانات 20 نانو ثانية. تعرف نتائج الاختبارات التحليلية، دقة القياس من TDC هو أقل من 80 ملاحظة، مصدر التوزيع مفتاح الكم لتلبية متطلبات توقيت للمعايرة.

3.2 الاختبار الخطي

في اختبار 5 نانو ثانية ~ 9 ميكرو ثانية الفاصل الزمني، ونتائج الاختبار القياسية فترات زمنية استخراج 12 هو مبين في الجدول 2. الحصول على البيانات باستخدام المربعات الصغرى تناسب المعادلة على النحو التالي:

حيث، x هو الفاصل الزمني القياسي، NS، ص هو قيمة TDC، هو وحدة NS؛ 0.999 المنحدر 994، ومولد إشارة تستخدم لدقتها، ونظام اختبار لا يتفق بدقة مع لوحة الأسلاك والجوانب الأخرى تأثير ، وبيانات الاختبار هو دائما الانحراف الحالي نحو 0.421848 نانو ثانية . 7 هو الرسم البياني الموافق البيانات المناسب، وتركيب البيانات من بيانات الرسم البياني المناسب منحنى المعادلة يمكن رؤية TDC-GPX وجود الخطي جيدة خلال فترة اختبار كامل.

تطبيق النظام 4

نظام المعايرة للتوزيع مفتاح الكم اختبار المعايرة الفعلية التي يتعين القيام بها جهاز المعايرة، FIG 8 يوضح توزيع العلاقة الزمنية بين إشارة ضوئية ثمانية قبل المعايرة، FIG. 9 غير مخطط توزيع العلاقة الزمنية بين ثمانية معايرة إشارة ضوئية. FIG أعلى إشارة السعة إشارة اربع دول، واتساع الدولة أقل من شرك إشارة أربعة، لا يمكن أن ينظر إليه من هذا الرقم فارق التوقيت الكبير بين إشارة ثمانية قبل المعايرة، وإشارة معايرة أوكتال وصل إلى الفرز بين بين الوقت، يمكن أن تلبي متطلبات مفتاح الكم مصدر نظام التوزيع التوقيت.

5. الخاتمة

TDC-GPX الأساسية لتطوير مجموعة من مصدر توقيت مفتاح الكم نظام التوزيع المعايرة التلقائية، التي أجريت على دقة TDC-GPX والاختبار الخطي. أظهرت نتائج الاختبار أن الخطي جيدة من فترة اختبار كامل، ودقة القياس أقل من 80 فرع فلسطين. نظام المعايرة للتوزيع مفتاح الكم اختبار المعايرة الفعلية التي يتعين القيام بها جهاز المعايرة، وأظهرت النتائج النهائية معايرة أداء جيد لتلبية متطلبات مفتاح الكم مصدر نظام التوزيع التوقيت.

مراجع

الواقع الأمني غير المشروط وانغ JinDong المنطقة، تشانغ تشى مينغ الكم نظام التوزيع مفتاح مجلة الكم إلكترونيات، 2014،31 (4): 449-458.

هضبة مفتاح الكم نظام توزيع عدد وافر من الالكترونيات الوحدة النمطية تصميم خفى: جامعة العلوم والتكنولوجيا في الصين، عام 2011.

Chenrui جيانغ جيانغ Yuesong، نحو بى تستند طريقة تحديد عتبة مزدوجة على حافة ارتفاع عالية التردد ويأتي إطلاق الشركة نبضة ليزر بصري التكنولوجيا، 2013،33 (9): 155-162.

ACAM-Messelectronic GmbH.TDC-GPX فائقة الأداء 8 قنوات الوقت لتحويل الرقمية ورقة بيانات 0.2007.

قوه، تاو، وحزم تسه مين، ونظام الخ TOFMS الحصول على البيانات التحليل الآلي، 2014،33 (12): 1426-1430.

نابوليتانو P، MOSCHITTA A، CARBONE مسح P.A على تقنيات قياس الفاصل الزمني وطرق الاختبار .Instrumentation ومؤتمر تكنولوجيا القياس (I2MTC) 2010 IEEE.IEEE، 2010: 181-186.

تطبيقات الفصل جيان وو، وعدد من أجهزة الاستشعار عن بعد ليزر المقبلة .TDC-GP2 . مجسات والأجهزة التقنية، 2009 (8): 74-76.

تشو لى، هوانغ هوا heptyl، اويانغ Junxin هوا، وآخرون الفاصلة قياس الوقت نظام العد الفوتون التصوير يدار مجلة الأشعة تحت الحمراء وموجات الملليمتر، 2008،27 (6): 461-464.

هوى لي الجليد، قوه يينغ هوانغ هوا heptyl، رادار ليزر ومثل الفوتون وقت العد - نظام التحويل الرقمي مجلة الأشعة تحت الحمراء وموجات الملليمتر، 2012،31 (3): 243-247.

JIANG L J، TANG S B، مخطط تزامن استنادا J.TDC-GPX-يين Z لنظام QKD .Nuclear علوم وتقنيات، 2016،27 (1): 1-5.