Estera PAWLIKOWSKA1, Marek ŻYCZKOWSKI1, Anna PAKUŁA2, Paweł MARĆ3
1Instytut Optoelektroniki, Wojskowa Akademia Techniczna, ul. gen. S. Kaliskiego 2, 00-908 Warszawa
2Politechnika Warszawska, Instytut Mikromechaniki i Fotoniki, ul. św. A. Boboli 8, 02-525 Warszawa
3Wydział Nowych Technologii i Chemii, Wojskowa Akademia Techniczna, ul. gen. S. Kaliskiego 2, 00-908 Warszawa
Przedstawiamy nową metodę detekcji fizycznego zaburzania światłowodu w kanale transmisji QKD na bazie uproszczonego czujnika polarymetrycznego. System może być zaimplementowany w dwukierunkowych układach QKD typu send-and-return, wykorzystujących słabe impulsy [1].
Celem było stworzenie układu, odpowiedniego dla słabych sygnałów transmitowanych z wysoką częstotliwością, bazującego na wcześniej rozwijanym rozwiązaniu czterokanałowego polarymetru Stokes’a [2]. Uproszczenie samego układu znacząco zmniejsza koszty oraz trudność procesowania mierzonych sygnałów i przeprowadzanych na nich operacji. Zasada działania czujnika opiera się na pomiarze natężeń dwóch składowych polaryzacji oraz wyznaczeniu zmian różnicy ich wartości. Samemu procesowi wprowadzania podsłuchu towarzyszy zdejmowanie warstw ochronnych ze światłowodu i tym samym czynności takie jak dotykanie, zginanie i manipulowanie włóknem. Wszelkie naprężenia wprowadzane do światłowodu jednomodowego powodują zmianę jego dwójłomności, w wyniku czego zmienia się stan polaryzacji propagowanych impulsów.
W układzie mierzony jest sygnał różnicowy, który w uproszczeniu odpowiada różnicy dwóch ortogonalnych składowych polaryzacji. Testy przeprowadzane były dla trzech typów zaburzeń: dotykania, zginania i podpinania sprzęgacza podsłuchującego.
Na podstawie badań wykazano zdolność układu do detekcji zaburzeń światłowodu. Zaproponowano trzy parametry wyznaczane w procesie przetwarzania sygnałów, których wartość przekraczająca obliczony próg sygnalizuje naruszenie światłowodu i umożliwia definicję rodzaju zaburzeń. Implementacja czujnika polarymetrycznego nie wpływa na proces wymiany klucza w układzie QKD.
W uproszczonym rozwiązaniu możliwe jest wykorzystanie sygnału różnicowego oraz prostych operacji matematycznych w analizie sygnałów, do uzyskania informacji o obecności zaburzeń światłowodu, co zdecydowanie przyspiesza etap procesowania sygnałów.
Literatura
[1] H. Takesue, i in., Differential phase-shift quantum key distribution, IEEE Communication Magazine 47, 102 – 106 (2009).
[2] E. Pawlikowska, i in. Testing of Four Channel Stokes Polarimeter performance for intrusion detection in QKD systems, Opto-Electronics Review, [Artykuł został przesłany do publikacji] (2024).