分偏振相差控制的直流调制量子密钥分发相位解码装置及相应系统制造方法及图纸

本实用新型专利技术提出一种分偏振相差控制的直流调制量子密钥分发相位解码装置及相应系统。该装置包括：前置分束器，其经输入端口接收输入光脉冲并经两个输出端口输出由输入光脉冲分束得到的两路光脉冲；分别耦合至两个输出端口的第一和第二干涉仪。每个干涉仪包括分束器、合束器、将分束器和合束器光耦合的两个臂，以及位于两臂之一上的直流相位调制器。每个干涉仪的两臂之一上设置有：分偏振相差控制装置，其包括偏振分束器、偏振合束器及将偏振分束器和偏振合束器光耦合的两条子光路。每个干涉仪的两臂及其上的光器件构造成使得相应光脉冲的两个正交偏振态各自在干涉仪中经两臂传输的相位差相差2π的整数倍。本实用新型专利技术的方案能够抗偏振诱导衰落。

Phase Decoding Device for DC Modulation Quantum Key Distribution Controlled by Partial Polarization Phase Difference and Its Corresponding System

【技术实现步骤摘要】
分偏振相差控制的直流调制量子密钥分发相位解码装置及相应系统
本技术涉及光传输保密通信
，尤其涉及一种分偏振相差控制的直流调制量子密钥分发相位解码方法、装置及包括该装置的量子密钥分发系统。
技术介绍
量子保密通信技术是量子物理与信息科学相结合的前沿热点领域。基于量子密钥分发技术和一次一密密码原理，量子保密通信可在公开信道实现信息的安全传输。量子密钥分发基于量子力学海森堡不确定关系、量子不可克隆定理等物理原理，能够实现在用户之间安全地共享密钥，并可以检测到潜在的窃听行为，可应用于国防、政务、金融、电力等高安全信息传输需求的领域。目前，量子密钥分发的编码方案主要采用偏振编码和相位编码。地面量子密钥分发主要基于光纤信道传输，而光纤制作存在截面非圆对称、纤芯折射率沿径向不均匀分布等非理想情况，并且光纤在实际环境中受温度、应变、弯曲等影响，会产生随机双折射效应。采用偏振编码时，受光纤随机双折射的影响，偏振编码的量子态经长距离光纤传输后到达接收端时，光脉冲偏振态会发生随机变化，造成误码率升高，导致需要增加纠偏设备，增加了系统复杂度和成本，且对于架空光缆、路桥光缆等强干扰情况难以实现稳定应用。相比偏振编码，相位编码采用前后光脉冲的相位差来编码信息，在长距离光纤信道传输过程中能够稳定保持。然而对于相位编码方案，在干涉解码时，因传输光纤和编解码干涉仪光纤双折射的影响，存在偏振诱导衰落的问题，导致解码干涉不稳定。同样，若增加纠偏设备，虽然只需要对一种偏振态进行纠偏，但也会增加系统复杂度和成本。对于量子密钥分发相位编码方案，如何稳定高效地进行干涉解码是基于现有光缆基础设施进行量子保密通信应用的热点和难题。
技术实现思路
本技术的主要目的在于提出一种分偏振相差控制的直流调制量子密钥分发相位解码方法和装置，以解决相位编码量子密钥分发应用中偏振诱导衰落引起的相位解码干涉不稳定的难题。本技术提供至少以下技术方案：1.一种分偏振相差控制的直流调制量子密钥分发相位解码装置，用于对入射的任意偏振态的一路输入光脉冲进行直流调制相位解码，其特征在于，所述相位解码装置包括：前置分束器，所述前置分束器具有输入端口和两个输出端口，所述输入端口用于接收所述输入光脉冲，所述两个输出端口分别用于输出由所述输入光脉冲分束得到的第一路光脉冲和第二路光脉冲；与所述前置分束器的所述两个输出端口中的一个输出端口光耦合的第一干涉仪，所述第一干涉仪包括第一分束器、第一合束器以及与所述第一分束器光耦合并与所述第一合束器光耦合的第一臂和第三臂，所述第一分束器经所述第一臂和第三臂耦合至所述第一合束器，其中所述第一臂和第三臂中，至少所述第一臂上设置有第一分偏振相差控制装置，所述第一分偏振相差控制装置包括第一偏振分束器、第三合束器以及与所述第一偏振分束器光耦合并与所述第三合束器光耦合的两条第一子光路，所述第一偏振分束器经所述两条第一子光路耦合至所述第三合束器，其中所述第一臂和第三臂及其上的光器件构造成使得所述第一路光脉冲的两个正交偏振态各自在所述第一干涉仪中经所述第一臂和第三臂传输的相位差相差2π的整数倍，与所述前置分束器的所述两个输出端口中的另一个输出端口光耦合的第二干涉仪，所述第二干涉仪包括第二分束器、第二合束器以及与所述第二分束器光耦合并与所述第二合束器光耦合的第二臂和第四臂，所述第二分束器经所述第二臂和第四臂耦合至所述第二合束器，其中所述第二臂和第四臂中，至少所述第二臂上设置有第二分偏振相差控制装置，所述第二分偏振相差控制装置包括第二偏振分束器、第四合束器以及与所述第二偏振分束器光耦合并与所述第四合束器光耦合的两条第二子光路，所述第二偏振分束器经所述两条第二子光路耦合至所述第四合束器，其中所述第二臂和第四臂及其上的光器件构造成使得所述第二路光脉冲的两个正交偏振态各自在所述第二干涉仪中经所述第二臂和第四臂传输的相位差相差2π的整数倍，其中所述第一干涉仪具有位于所述第一臂和第三臂中至少之一上的直流相位调制器，和/或所述第二干涉仪具有位于所述第二臂和第四臂中至少之一上的直流相位调制器。2.根据方案1所述的分偏振相差控制的直流调制量子密钥分发相位解码装置，其特征在于，所述第一臂和第三臂为保偏光纤光路，所述第一臂和第三臂上的光器件为偏振保持光器件和/或非双折射光器件；和/或所述第二臂和第四臂为保偏光纤光路，所述第二臂和第四臂上的光器件为偏振保持光器件和/或非双折射光器件。3.根据方案1所述的分偏振相差控制的直流调制量子密钥分发相位解码装置，其特征在于，所述相位解码装置还包括：位于所述第一臂和第三臂中的任一臂上的第一保偏光纤拉伸器，和/或位于所述第一臂和第三臂中的任一臂上的第一双折射相位调制器；和/或位于所述第二臂和第四臂中的任一臂上的第二保偏光纤拉伸器，和/或位于所述第二臂和第四臂中的任一臂上的第二双折射相位调制器。4.根据方案1所述的分偏振相差控制的直流调制量子密钥分发相位解码装置，其特征在于，所述第一干涉仪具有位于所述第一臂和第三臂中至少之一上的直流相位调制器，所述第二干涉仪具有位于所述第二臂和第四臂中至少之一上的直流相位调制器，其中所述第一干涉仪具有的直流相位调制器包括：位于所述第三臂上的直流相位调制器；和/或在所述第一偏振分束器之前设置在所述第一臂上的直流相位调制器，或在所述第三合束器之后设置在所述第一臂上的直流相位调制器，或分别位于所述两条第一子光路上的两个直流相位调制器，并且其中所述第二干涉仪具有的直流相位调制器包括：位于所述第四臂上的直流相位调制器；和/或在所述第二偏振分束器之前设置在所述第二臂上的直流相位调制器，或在所述第四合束器之后设置在所述第二臂上的直流相位调制器，或分别位于所述两条第二子光路上的两个直流相位调制器。5.根据方案1所述的分偏振相差控制的直流调制量子密钥分发相位解码装置，其特征在于，所述两条第一子光路中的至少一条子光路上设置有第一光纤移相器或相位调制器；和/或所述两条第二子光路中的至少一条子光路上设置有第二光纤移相器或相位调制器。6.根据方案1所述的分偏振相差控制的直流调制量子密钥分发相位解码装置，其特征在于，所述第一干涉仪采用不等臂马赫-曾德尔干涉仪的结构；或者所述第一干涉仪采用不等臂迈克尔逊干涉仪的结构，所述第一合束器和第一分束器为同一器件，所述第一干涉仪还包括：位于所述第一臂上的第一反射镜，用于将来自所述第一分束器的经所述第一臂传输来的光脉冲反射回所述第一合束器；位于所述第三臂上的第三反射镜，用于将来自所述第一分束器的经所述第三臂传输来的光脉冲反射回所述第一合束器，和/或所述第二干涉仪采用不等臂马赫-曾德尔干涉仪的结构；或者所述第二干涉仪采用不等臂迈克尔逊干涉仪的结构，所述第二合束器和第二分束器为同一器件，所述第二干涉仪还包括：位于所述第二臂上的第二反射镜，用于将来自所述第二分束器的经所述第二臂传输来的光脉冲反射回所述第二合束器；位于所述第四臂上的第四反射镜，用于将来自所述第二分束器的经所述第四臂传输来的光脉冲反射回所述第二合束器。7.根据方案6所述的分偏振相差控制的直流调制量子密钥分发相位解码装置，其特征在于，所述第一分偏振相差控制装置采用马赫-曾德尔干涉仪的结构；或者所述第一分偏振相差控制装置采用迈克尔逊本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种分偏振相差控制的直流调制量子密钥分发相位解码装置，用于对入射的任意偏振态的一路输入光脉冲进行直流调制相位解码，其特征在于，所述相位解码装置包括：前置分束器，所述前置分束器具有输入端口和两个输出端口，所述输入端口用于接收所述输入光脉冲，所述两个输出端口分别用于输出由所述输入光脉冲分束得到的第一路光脉冲和第二路光脉冲；与所述前置分束器的所述两个输出端口中的一个输出端口光耦合的第一干涉仪，所述第一干涉仪包括第一分束器、第一合束器以及与所述第一分束器光耦合并与所述第一合束器光耦合的第一臂和第三臂，所述第一分束器经所述第一臂和第三臂耦合至所述第一合束器，其中所述第一臂和第三臂中，至少所述第一臂上设置有第一分偏振相差控制装置，所述第一分偏振相差控制装置包括第一偏振分束器、第三合束器以及与所述第一偏振分束器光耦合并与所述第三合束器光耦合的两条第一子光路，所述第一偏振分束器经所述两条第一子光路耦合至所述第三合束器，其中所述第一臂和第三臂及其上的光器件构造成使得所述第一路光脉冲的两个正交偏振态各自在所述第一干涉仪中经所述第一臂和第三臂传输的相位差相差2π的整数倍，与所述前置分束器的所述两个输出端口中的另一个输出端口光耦合的第二干涉仪，所述第二干涉仪包括第二分束器、第二合束器以及与所述第二分束器光耦合并与所述第二合束器光耦合的第二臂和第四臂，所述第二分束器经所述第二臂和第四臂耦合至所述第二合束器，其中所述第二臂和第四臂中，至少所述第二臂上设置有第二分偏振相差控制装置，所述第二分偏振相差控制装置包括第二偏振分束器、第四合束器以及与所述第二偏振分束器光耦合并与所述第四合束器光耦合的两条第二子光路，所述第二偏振分束器经所述两条第二子光路耦合至所述第四合束器，其中所述第二臂和第四臂及其上的光器件构造成使得所述第二路光脉冲的两个正交偏振态各自在所述第二干涉仪中经所述第二臂和第四臂传输的相位差相差2π的整数倍，其中所述第一干涉仪具有位于所述第一臂和第三臂中至少之一上的直流相位调制器，和/或所述第二干涉仪具有位于所述第二臂和第四臂中至少之一上的直流相位调制器。...

【技术特征摘要】
1.一种分偏振相差控制的直流调制量子密钥分发相位解码装置，用于对入射的任意偏振态的一路输入光脉冲进行直流调制相位解码，其特征在于，所述相位解码装置包括：前置分束器，所述前置分束器具有输入端口和两个输出端口，所述输入端口用于接收所述输入光脉冲，所述两个输出端口分别用于输出由所述输入光脉冲分束得到的第一路光脉冲和第二路光脉冲；与所述前置分束器的所述两个输出端口中的一个输出端口光耦合的第一干涉仪，所述第一干涉仪包括第一分束器、第一合束器以及与所述第一分束器光耦合并与所述第一合束器光耦合的第一臂和第三臂，所述第一分束器经所述第一臂和第三臂耦合至所述第一合束器，其中所述第一臂和第三臂中，至少所述第一臂上设置有第一分偏振相差控制装置，所述第一分偏振相差控制装置包括第一偏振分束器、第三合束器以及与所述第一偏振分束器光耦合并与所述第三合束器光耦合的两条第一子光路，所述第一偏振分束器经所述两条第一子光路耦合至所述第三合束器，其中所述第一臂和第三臂及其上的光器件构造成使得所述第一路光脉冲的两个正交偏振态各自在所述第一干涉仪中经所述第一臂和第三臂传输的相位差相差2π的整数倍，与所述前置分束器的所述两个输出端口中的另一个输出端口光耦合的第二干涉仪，所述第二干涉仪包括第二分束器、第二合束器以及与所述第二分束器光耦合并与所述第二合束器光耦合的第二臂和第四臂，所述第二分束器经所述第二臂和第四臂耦合至所述第二合束器，其中所述第二臂和第四臂中，至少所述第二臂上设置有第二分偏振相差控制装置，所述第二分偏振相差控制装置包括第二偏振分束器、第四合束器以及与所述第二偏振分束器光耦合并与所述第四合束器光耦合的两条第二子光路，所述第二偏振分束器经所述两条第二子光路耦合至所述第四合束器，其中所述第二臂和第四臂及其上的光器件构造成使得所述第二路光脉冲的两个正交偏振态各自在所述第二干涉仪中经所述第二臂和第四臂传输的相位差相差2π的整数倍，其中所述第一干涉仪具有位于所述第一臂和第三臂中至少之一上的直流相位调制器，和/或所述第二干涉仪具有位于所述第二臂和第四臂中至少之一上的直流相位调制器。2.根据权利要求1所述的分偏振相差控制的直流调制量子密钥分发相位解码装置，其特征在于，所述第一臂和第三臂为保偏光纤光路，所述第一臂和第三臂上的光器件为偏振保持光器件和/或非双折射光器件；和/或所述第二臂和第四臂为保偏光纤光路，所述第二臂和第四臂上的光器件为偏振保持光器件和/或非双折射光器件。3.根据权利要求1所述的分偏振相差控制的直流调制量子密钥分发相位解码装置，其特征在于，所述相位解码装置还包括：位于所述第一臂和第三臂中的任一臂上的第一保偏光纤拉伸器，和/或位于所述第一臂和第三臂中的任一臂上的第一双折射相位调制器；和/或位于所述第二臂和第四臂中的任一臂上的第二保偏光纤拉伸器，和/或位于所述第二臂和第四臂中的任一臂上的第二双折射相位调制器。4.根据权利要求1所述的分偏振相差控制的直流调制量子密钥分发相位解码装置，其特征在于，所述第一干涉仪具有位于所述第一臂和第三臂中至少之一上的直流相位调制器，所述第二干涉仪具有位于所述第二臂和第四臂中至少之一上的直流相位调制器，其中所述第一干涉仪具有的直流相位调制器包括：位于所述第三臂上的直流相位调制器；和/或在所述第一偏振分束器之前设置在所述第一臂上的直流相位调制器，或在所述第三合束器之后设置在所述第一臂上的直流相位调制器，或分别位于所述两条第一子光路上的两个直流相位调制器，并且其中所述第二干涉仪具有的直流相位调制器包括：位于所述第四臂上的直流相位调制器；和/或在所述第二偏振分束器之前设置...

【专利技术属性】
技术研发人员：许华醒，
申请(专利权)人：中国电子科技集团公司电子科学研究院，
类型：新型
国别省市：北京,11