Устройство фотонной квантовой связи

Полезная модель относится к технике оптической связи, а именно к системам фотонной квантовой связи и может быть использована в организации для обеспечения разветвленного соединения типа «звезда».
Известно устройство квантовой рассылки криптографического ключа (Патент США №7266304, МКИ Н04 В 10/00; H04K 1/00, дата приоритета 04.09.2007, дата публикации 06.05.2004), содержащее блок отправителя и блок получателя. Блок отправителя, включающий, расположенные последовательно по ходу излучения источник лазерного излучения, электрооптический фазовый модулятор и аттенюатор, а также устройство сдвига фазы, выход которого соединен с управляющим входом электрооптического фазового модулятора, а вход устройства сдвига фазы соединен с выходом генератора радиочастотного сигнала. Блок получателя, включающий электрооптический фазовый модулятор, выход которого оптически сопряжен с первым портом оптического циркулятора, первый спектральный фильтр, оптически сопряженный со вторым портом оптического циркулятора, и второй спектральный фильтр, оптически сопряженный с третьим портом оптического циркулятора, первый и второй приемники одиночных фотонов расположены за первым и вторым спектральными фильтрами соответственно по ходу излучения, управляющий вход электрооптического фазового модулятора соединен с выходом устройства сдвига фазы, к входу которого подключен выход генератора радиочастотного сигнала, волоконно-оптическая линия связи оптически сопряжена с аттенюатором передающего устройства и с входом электрооптического фазового модулятора приемного устройства, устройство содержит блок синхронизации, первый и второй выходы которого соединены с входами генератора радиочастотного сигнала блока отправителя и получателя, соответственно. Недостатком этого устройства является принцип работы «точка-точка», объединяющий по одному пользователю на передающей и приемной стороне.
Наиболее близким аналогом предлагаемой полезной модели и выбранным в качестве прототипа является устройство квантовой рассылки симметричных битовых последовательностей (Патент США №6272224 В1, дата приоритета 07.08.2001, МКИ: H04L 9/08; H04K 1/00, дата публикации 07.04.2001), содержащее, соединенные посредством волоконно-оптической линии связи, блоки отправителя и получателя. Блок отправителя, включающий, расположенные последовательно по ходу излучения источник монохроматического излучения, электрооптический фазовый модулятор и аттенюатор, а также устройство сдвига фазы, выход которого соединен с управляющим входом электрооптического фазового модулятора, а вход устройства сдвига фазы соединен с выходом генератора радиочастотного сигнала, и приемное устройство, включающее электрооптический фазовый модулятор, выход которого оптически сопряжен со спектральным фильтром, который оптически сопряжен с приемником классического излучения и приемником одиночных фотонов, управляющий вход электрооптического фазового модулятора соединен с выходом устройства сдвига фазы, к входу которого подключен выход генератора радиочастотного сигнала, волоконно-оптическая линия связи оптически сопряжена с аттенюатором блока отправителя, и с входом электрооптического фазового модулятора блока получателя, устройство содержит блок синхронизации, первый и второй выходы которого соединены с входами генератора радиочастотного сигнала блока получателя и отправителя, соответственно, а также блок управления фазовым сдвигом, первый и второй выходы которого соединены с синхронизационными входами устройства сдвига фазы блока получателя и отправителя, соответственно. Недостатком этого устройства является принцип работы «точка-точка», объединяющий по одному пользователю на передающей и приемной стороне. Для внедрения устройства фотонной квантовой связи в современные разветвленные линии оптической связи необходима организация связи с несколькими абонентами.
Техническая задача заявляемого устройства заключается в увеличении количества каналов связи, что обеспечивает разветвленное соединение типа «звезда» четырех блоков отправителя и блока получателя.
Сущность заключается в том, что в блок получателя устройства фотонной квантовой связи добавляется оптический переключатель 4x1, содержащий четыре микромеханических зеркала, установленные с возможностью вертикального смещения для переключения оптических каналов, а также блок управления оптическим переключателем. Такое введение позволяет расширить существующее устройство фотонной связи на три блока отправителя, блок получателя соединенные посредством волоконно-оптической связи, блок управления оптическим переключателем, при этом каждый блок отправителя посредством волоконно-оптической связи соединен с соответствующим входом оптического переключателя, а его выход соединен с блоком получателя. При этом блок управления оптическим переключателем содержит плату управления напряжением переключения каналов оптического переключателя и электрические входы блока управления подключены к внешнему провайдеру через служебный канал.
Таким образом, введение в блок получателя оптического переключателя 4x1 с блоком управления оптическим переключателем позволит подключать к устройству фотонной связи дополнительно три блока отправителя и обеспечить разветвленное соединение типа «звезда».
Сущность поясняется фигурами, где
На Фиг. 1 представлена функциональная блок-схема устройства фотонной квантовой связи для организации разветвленного соединения типа «звезда», где электрический служебный канал 1 служит для соединения с внешним блоком управления провайдера (на Фиг. не показано) и соединен с входом блока управления оптическим переключателем 2, который последовательно соединен с оптическим переключателем 3 и блоком получателя 4.
Функциональная блок-схема, иллюстрирует соединение четырех блоков отправителей (на Фиг. не показано) с модифицированным блоком получателя, через оптический переключатель 3 (4x1) с блоком управления оптическим переключателем 2 с блоком получателя 4. Блоки отправителя (на Фиг. не показано) с помощью оптического кабелей соединены с входами 01-04 оптического переключателя 3 (4x1). Блок управления оптическим переключателем 2 соединен с оптическим переключателем 3 электрическими каналами Э1-Э6 и имеет электрический служебный канал 1 для соединения с внешним блоком управления провайдера (на Фиг. не показано). Оптический переключатель 3 (4x1) через выход В1 с помощью оптического кабеля соединен с блоком получателя 4. Блок управления оптическим переключателем 2 имеет электрический служебный канал 1 для соединения с внешним блоком управления провайдера и соединен с оптическим переключателем 3 (4x1) с помощью шести электрических каналов Э1-Э6, каналы Э1, Э3, Э4 и Э6 являются управляющими, а каналы Э2 и Э5 являются нулевыми. Внутри оптического переключателя 3 (4x1) расположены четыре микромеханических зеркала в точках З1, З2, З3 и 34, которые формируют воздушные оптические каналы: О1-З1, О2-З2, О3-З3, О4-З4 совмещенные с каналом В1 выхода оптического переключателя 3 (4x1). В неактивном состоянии все зеркала находятся под каналами.
На Фиг. 2 - функциональная блок-схема, иллюстрирующая работу модифицированного блока переключателя при соединении с блоком отправителя через оптический вход O1 оптического переключателя 3 с блоком получателя 4 в устройстве фотонной квантовой связи.
На Фиг. 3 - функциональная блок-схема, иллюстрирующая работу модифицированного блока переключателя при соединении с блоком отправителя через оптический вход О2 оптического переключателя 3 с блоком получателя 4 в устройстве фотонной квантовой связи.
На Фиг. 4 - функциональная блок-схема, иллюстрирующая работу модифицированного блока переключателя при соединении с блоком отправителя через оптический вход О3 оптического переключателя 3 с блоком получателя 4 в устройстве фотонной квантовой связи.
На Фиг. 5 - функциональная блок-схема, иллюстрирующая работу модифицированного блока переключателя при соединении с блоком отправителя через оптический вход О4 оптического переключателя 3 с блоком получателя 4 в устройстве фотонной квантовой связи.
Устройство работает следующим образом.
Соединение блока отправителя через оптический вход O1 оптического переключателя 3 с блоком получателя представлен на Фиг. 2. Блок отправителя отправляет запрос внешнему блоку провайдера по электрическому служебному каналу (на Фиг. не показано). Внешний провайдер с помощью служебного канала 1 подает на блок управления оптическим переключателем 2 напряжение V+на электрический канал Э1 оптического переключателя 3 (4x1). Поданное напряжение смещает вверх микромеханическое зеркало в точке З1 и открывает воздушный оптический канал O1-З1-B1. Далее с выхода В1 оптический переключатель 3 (4x1) по оптическому кабелю соединяется с блоком получателя 4.
Соединение блока отправителя через оптический вход О2 оптического переключателя 3 с блоком получателя представлен на Фиг. 3. Блок отправителя отправляет запрос внешнему блоку провайдера по электрическому служебному каналу (на Фиг. не показано). Внешний провайдер с помощью служебного канала 1 подает на блок управления оптическим переключателем 2 напряжение V+ на электрический канал Э3 оптического переключателя 3 (4x1). Поданное напряжение смещает вверх микромеханическое зеркало в точке З2 и открывает воздушный оптический канал О2-З2-В1. Далее с выхода В1 оптический переключатель 3 (4x1) по оптическому кабелю соединяется с блоком получателя 4.
Соединение блока отправителя через оптический вход О3 оптического переключателя 3 с блоком получателя представлен на Фиг. 4. Блок отправителя отправляет запрос внешнему блоку провайдера по электрическому служебному каналу (на Фиг. не показано). Внешний провайдер с помощью служебного канала 1 подает на блок управления оптическим переключателем 2 напряжение V+на электрический канал Э4 оптического переключателя 3 (4x1). Поданное напряжение смещает вверх микромеханическое зеркало в точке З3 и открывает воздушный оптический канал О3-З3-B1. Далее с выхода В1 оптический переключатель 3 (4x1) по оптическому кабелю соединяется с блоком получателя 4.
Соединение блока отправителя через оптический вход 04 оптического переключателя 3 с блоком получателя представлен на Фиг. 5. Блок отправителя отправляет запрос внешнему блоку провайдера по электрическому служебному каналу (на Фиг. не показано). Внешний провайдер с помощью служебного канала 1 подает на блок управления оптическим переключателем 2 напряжение V+на электрический канал Э6 оптического переключателя 3 (4x1). Поданное напряжение смещает вверх микромеханическое зеркало в точке 34 и открывает воздушный оптический канал О4-З4-В1. Далее с выхода В1 оптический переключатель 3 (4x1) по оптическому кабелю соединяется с блоком получателя 4.
Данное устройство может быть реализовано с использованием оптического переключателя фирмы Agiltron Inc. MEMSMini 1x4 MESM-14 В211333 (рабочие напряжения переключения 3.5-5 В) и блока управления фирмы Agiltron Inc. SWDR-44a211242.
Таким образом, заявляемая полезная модель позволит организовать разветвленное соединение типа «звезда» нескольких блоков отправителя с одним блоком получателя.