Волоконно-оптические фильтры для систем КРК

Цель проекта заключается в создании отечественного волоконно-оптического фильтра для систем квантового распределения ключей (КРК), способного заменить импортные аналоги. 

Разработка позволит в разы снизить стоимость ключевого компонента оборудования КРК (волоконно-оптического фильтра). Как следствие, это уменьшит затраты при строительстве сетей КРК и квантово защищенных сетей связи при сохранении требуемых технических характеристик.

ВВОФ разрабатывались не только в целях снижения затрат на строительство сетей, но и для достижения технологического суверенитета РФ.

В системах квантового распределения ключей невозможно получить полностью «темное» волокно (идеально чистое от постороннего излучения) – волоконно-оптические линии связи проложены рядом с другими, и излучение из соседних волокон может влиять на формирование квантового ключа. Лазер испускает фотоны в более широком спектре, чем требуется, поэтому часть из них оказывается вне целевого диапазона длин волн, что может приводить к ошибкам кодировани. При этом детекторы одиночных фотонов не умеют различать длины волн, а лишь фиксируют поступление энергии. Это может приводить к росту числа ошибок и компрометации квантовых ключей.

Решить эту проблему помогает волоконно-оптический фильтр – компонент системы КРК, работающий совместно с лазером, детекторами и модуляторами. Он отвечает за спектральную очистку сигнала. Фильтр пропускает только узкий диапазон длины волны (например, около 1550 нм), отсекая постороннее излучение, которое может попадать в волокно как от самого лазера при работе в широком спектре, так и из соседних волокон в многоволоконном кабеле. Благодаря этому на детектор попадают только фотоны в заданном спектральном диапазоне, снижается посторонний «шум», повышается качество работы системы КРК.

Ранее для этого использовались импортные фильтры. В условиях высокой стоимости и ограниченной доступности таких компонентов возникла необходимость создания отечественного решения. Оно обеспечит требуемые характеристики и позволит предложить рынку более выгодный коммерческий продукт.

Суть технологии

Фильтр физически представляет собой участок оптоволокна, в котором с помощью лазерной установки с зеркалами и масками записывается специальная брэгговская решетка, представляющая собой периодическое изменение показателя преломления. Перед этим волокно очищают, отжигают в вакууме и выдерживают в водороде, после чего на него наносят определенные «насечки», которые «сортируют» фотоны, отделяя их по длине волны.

Эта технология полностью реализована в России на базе университета ИТМО, включая изготовление фильтров под несколько рабочих длин волн (около 1310 нм и 1550 нм) и модификации под оборудование КРК. Вся оптическая часть фильтра теперь разрабатывается и производится в России.

По габаритам устройство фильтра сопоставимо с крупным смартфоном (примерно 20 см в длину). Внутри корпуса размещено около десяти метров оптоволокна, намотанного на катушку, с записанными решетками и оптическими элементами.

Характеристики

Изначально в отечественной компонентной базе для устройств КРК использовались импортные фильтры канадской компании TeraXion. Таким образом, отечественный фильтр не только замещает зарубежное решение, но и кратно (примерно в пять раз) снижает стоимость компонента при сопоставимом функционале.

Разработку планируется применять в приемном и передающем модулях систем КРК, причем как в магистральных, так и в абонентских квантовых сетях.

Университет ИТМО по заказу РЖД разработал высокодобротные волоконно-оптические фильтры для систем квантового распределения ключей. Заявлено, что по ряду параметров они превосходят решения ведущих иностранных компаний.

Созданы опытные образцы отечественных высокодобротных волоконно-оптических фильтров для систем КРК. Их внедрение позволит заменить импортные аналоги, снизить стоимость оборудования КРК при сохранении требуемых технических характеристик и повысить технологическую независимость российских решений в области квантовых коммуникаций. 

Все испытания завершены. Разработка находится на стадии внедрения в серийное оборудование КРК. Работа ведется совместно с компанией «СМАРТС-Кванттелеком».