基于独立光频梳的量子安全组网装置及方法

1.一种基于独立光频梳的量子安全组网装置，其特征在于，每个用户配置独立且频率对准的光频梳及每条频率线对应的独立编码器，以实现任意用户对之间的独立安全密钥交换；所述装置包括光频梳产生锁定装置以及HOM干涉与量子密钥分发装置，其中：所述光频梳产生锁定装置包括依次连接的光频梳产生模块、光频梳频率锁定模块、输出检测模块、滤波模块、编码模块，其中，所述光频梳产生模块采用辅助激光加热方式产生光频梳，通过调整泵浦激光与辅助激光的耦合方式及参数，维持腔内热平衡以稳定产生光频梳；所述光频梳频率锁定模块通过锁定泵浦频率和光频梳重复频率两个自由度，实现异地光频梳的频率对准；所述输出检测模块用于光频梳的光谱观测、孤子锁模验证、泵浦及辅助激光滤除与光频梳功率测量；所述滤波模块用于筛选异地光频梳的同频梳齿并调整梳齿偏振态；所述编码模块用于将梳齿调制为脉冲波包、实现诱骗态协议及施加相位偏移；所述HOM干涉与量子密钥分发装置包括依次连接的偏振控制模块和探测模块，其中，所述偏振控制模块用于将编码后的梳齿衰减至弱相干态水平、补偿光信号延时差、调整光子偏振态并实现干涉合束；所述探测模块用于实现合束光子的相位、功率及光子数匹配，对光子进行探测并完成双光子符合计数。 2.根据权利要求1所述的基于独立光频梳的量子安全组网装置，其特征在于，所述光频梳为频率完全对齐的光频梳；所述光频梳产生模块包括泵浦激光、辅助激光、偏振控制器、功率放大器、光纤环形器以及光学微腔；泵浦激光和辅助激光的输出信号经偏振控制器调整偏振后，通过功率放大器放大，再经光纤环形器送入光学微腔；泵浦激光耦合进入光学微腔并保持在谐振峰红失谐区，辅助激光从相反方向耦合进入光学微腔以维持热平衡，通过调整辅助激光频率使泵浦激光稳定于谐振峰红失谐区，从而产生光频梳。 3.根据权利要求2所述的基于独立光频梳的量子安全组网装置，其特征在于，所述光学微腔为氮化硅微环腔，且经过蝶形封装处理，以减少外界环境对光频梳稳定性的影响。 4.根据权利要求1所述的基于独立光频梳的量子安全组网装置，其特征在于，所述光频梳频率锁定模块包含声光调制器、光纤耦合器、高稳定性法布里-珀罗腔、窄线宽乙炔气室、光电探测器、压控振荡器、伺服器、相位调制器及微波信号发生器；可调谐激光器输出的连续光经声光调制器移频后，通过光纤耦合器分成两路，一路用于泵浦激光锁定，另一路用于光频梳产生；泵浦激光锁定通过法布里-珀罗腔、乙炔气室、光电探测器、伺服器、压控振荡器与声光调制器形成闭环实现；光频梳重复频率锁定通过相位调制器调制实现，相位调制器的微波驱动信号参考卫星通信信号的高稳定度时钟源设置。 5.根据权利要求4所述的基于独立光频梳的量子安全组网装置，其特征在于，所述高稳定度时钟源的频率稳定度满足量子密钥分发的精度要求，所述法布里-珀罗腔的频率稳定度及乙炔气室的线宽特性适配泵浦激光的锁定需求。 6.根据权利要求1-5任一项所述的基于独立光频梳的量子安全组网装置，其特征在于，所述输出检测模块包含光纤耦合器、密集波分复用器、功率计以及光谱仪；来自光学微腔的泵浦激光和光频梳经光纤耦合器分路，一路送入光谱仪进行孤子锁模验证，另一路经密集波分复用器滤除泵浦及辅助激光后，再经光纤耦合器分路，分别用于光频梳功率测量和梳齿选择；所述滤波模块包含可编程光滤波器、偏振控制器；两路光频梳通过可编程光滤波器滤出同频梳齿，经偏振控制器调整梳齿偏振态后送入编码模块。 7.根据权利要求1-5任一项所述的基于独立光频梳的量子安全组网装置，其特征在于，所述编码模块包含两个高强度调制器、一个相位调制器和任意波形发生器；所述强度调制器具有高调制速率、宽脉冲宽度调节范围、固定重复频率及高消光比特性；梳齿经第一个强度调制器调制为脉冲波包，再经第二个强度调制器实现诱骗态协议，相位调制器用于施加相位偏移。 8.根据权利要求1-5任一项所述的基于独立光频梳的量子安全组网装置，其特征在于，所述偏振控制模块包含可调光衰减器、电控可调延时线、偏振分束器、保偏分束器；所述可调延时线具有宽延时调节范围及高调节精度；编码后的梳齿经可调光衰减器衰减至弱相干态水平，通过可调延时线补偿延时差，经偏振分束器调整偏振态后，输入保偏分束器实现干涉合束。 9.根据权利要求1-5任一项所述的基于独立光频梳的量子安全组网装置，其特征在于，所述探测模块包含偏振控制器、超导纳米线单光子探测器以及时间数字转换器；所述超导纳米线单光子探测器具有高探测效率、低暗计数率及低时间抖动特性，所述时间数字转换器具有高时间分辨率及高符合计数率上限；合束后的光子经偏振控制器匹配参数后，送入超导纳米线单光子探测器探测，通过时间数字转换器进行双光子符合计数。 10.一种基于独立光频梳的量子安全组网方法，其特征在于，采用权利要求1-9任一项所述的基于独立光频梳的量子安全组网装置，实现基于独立光频梳的量子安全组网，所述方法包括：采用辅助激光加热方式，通过光频梳产生模块调整泵浦激光与辅助激光的耦合参数及偏振状态，使泵浦激光稳定于光学微腔谐振峰红失谐区，维持腔内热平衡以产生光频梳；通过光频梳频率锁定模块锁定泵浦频率和光频梳重复频率两个自由度，结合高稳定度时钟源、法布里-珀罗腔及乙炔气室形成闭环控制，实现异地光频梳的精确频率对准；通过输出检测模块完成光频梳的光谱观测、孤子锁模验证、泵浦及辅助激光滤除与功率测量，再通过滤波模块筛选异地光频梳的同频梳齿并调整偏振态；通过编码模块将梳齿调制为脉冲波包，实现诱骗态协议并施加相位偏移，完成时间片量子比特编码；通过偏振控制模块将编码后的梳齿衰减至弱相干态水平，补偿光信号延时差，调整光子偏振态后实现干涉合束；通过探测模块完成合束光子的参数匹配、光子探测及双光子符合计数，基于测量设备无关量子密钥分发协议，实现任意用户对之间的独立安全密钥交换。