基于国产芯片的高速QKD系统中激光器模块的研制

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量子通信技术在国家安全领域具有重要的应用前景,量子密钥分配(QKD)是量子通信技术中的重要内容,脉冲激光器模块是量子密钥分配系统的重要器件。目前,高速脉冲激光器模块依赖进口芯片,基于安全考虑,本文研制了一种基于国产芯片的高速脉冲激光器模块。根据高速量子密钥分配系统的需求,本文使用分布反馈式激光二极管为核心器件,在激光二极管上始终施加一个低于阈值的直流电流,当叠加上脉冲电流后激光二极管发出脉冲光,在激光二极管工作时,要维持温度和光功率稳定。根据激光二极管的工作方式和参数,用国产元器件设计了直流电流源、窄脉冲驱动电路、温控电路、光功率检测电路、单片机相关电路、电源电路等部分。根据系统功能要求和硬件结构编写了相关的控制软件。软件需要实现与上位机通讯、控制激光二极管温度、采集激光二极管输出功率和调节工作电流等功能,程序主要包括:初始化函数,调整电流源电流的函数,改变脉冲电流的函数,采集温度、光功率、半导体制冷器电流的函数,改变半导体制冷器电流的函数,两路比例-积分-微分运算的函数,上位机串行通讯的函数等。本文搭建了硬件电路,完成了软件的设计和编写,研制了基于国产芯片的高速脉冲激光器模块。与使用进口芯片的激光器模块相比,本文研制的激光器模块个别性能参数虽然有不足,但整体性能仍然达到高速量子密钥分配系统的要求,验证了本方案的正确性和可行性。
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