基于高速量子探测技术的光纤反窃听定位方法

The issue of information security in fiber system is a pretty hot topic discussed nowadays in the academic field. Among so many eavesdropping ways, fiberbending wiretap takes a huge threat against the security of fiber communication, as one of the most popular wiretap methods due to its merits such as simple devices, good imperceptibility and so on. Therefore, carrying out the corresponding research work to find out a high-performance detection and positioning technology is significant for the data safety in fiber system. This project intends to develop a novel and effective detection scheme against the fiberbending wiretap, with the combination of the Distributed Brillouin Sensing Technology and Quantum Detection Techonology. In this protocol, the employment of single photon detector can overcome many shortcomings in traditional sensing system induced by common detectors, with its characteristic of ultra-high sensitivity. And it provides a lot of advantages such as long detection distance, quick response time and simple equipment.

通信光纤中的信息安全是近年来备受关注的研究热点，在针对光纤信道的诸多窃听方式中，光纤弯曲法因其装置简单、隐蔽性好等特点，成为目前最佳的物理窃听手段之一，严重威胁着光纤通信系统的数据安全。因此，研究针对光纤弯曲法的反侦听技术，探索高性能的窃听检测和定位方法，对于保证光纤通信信息安全有着重要的意义。本项目拟采用分布式布里渊光纤传感技术和量子探测技术相结合的方式，利用单光子探测器作为布里渊散射光的探测手段，研究基于量子探测的应力传感方案，解决高速量子探测、光学滤波和数据采集分析等关键科学问题，从而形成一种新的、有效的窃听定位方法。借助单光子探测器的超高灵敏度，该新方法可弥补现有检测手段的诸多不足，具有检测距离长、响应时间快、装置简单等优点。

本项目主要研究针对光纤弯曲法的反侦听技术，探索高性能的窃听检测和定位方法，对于保证光纤通信信息安全有着重要的意义。采用分布式布里渊光纤传感技术和量子探测技术相结合的方式，利用单光子探测器作为布里渊散射光的探测手段，研究基于量子探测的应力传感方案，形成一种新的、有效的窃听定位方法。.考虑到量子探测器的实用性、集成性等，本项目主要通过InGaAs/InP APD 检测光纤中的散射信号，提出多种方案，包括正弦门频谱、窄脉冲滤波等，实现了GHz室温下的“准连续”单光子探测。通过创新性的应用并改进高速量子探测技术，实现大动态范围的单光子测量，使其满足不同距离的高精度检测。将GHz单光子探测器运用于光时域反射测量，无需扫频即可快速捕获单光子水平的回返信号光并输出，实现了测量距离为50 km，精度距离小于10 cm，且事件盲区小于1 m的光时域反射测量。此外，我们利用InGaAs/InP APD作为探测核心及F-P扫描干涉法实现了布里渊光时域反射测量。通过分析布里渊散射信号功率和频移的变化，可以同时对光纤的温度和应变特性进行识别。完成了25 km光纤的布里渊光谱的测量，并识别了5℃温度变化及在应力作用下0.05%光纤形变测量。同时，我们测量了不同距离的散射信号，验证了该系统可以满足近、中、远程光纤长度测量的需求。.我们利用量子探测技术高灵敏度和信号数字化的特点，不仅可借助简单的装置实现精密的应力传感及温度测量，还具备响应快速、测量距离长等优点，是一种准确、快速的光纤反窃听定位方法。