集成时间相位量子密钥分配系统发射端编码模块技术方案

本发明专利技术公开了一种集成时间相位量子密钥分配系统发射端编码模块，包括第一光纤波导耦合器、光波导芯片和第二光纤波导耦合器，光波导芯片上集成有分束器一、相位调制模块一、相位调制模块二、分束器二、光波导延时模块和合束器，第一光纤波导耦合器与光波导芯片上的分束器一连接，分束器一与相位调制模块一连接，分束器一与相位调制模块二连接，相位调制模块一与分束器二连接，相位调制模块二与分束器二连接，分束器二与合束器通过光波导延时模块连接，分束器二与合束器连接，合束器与第二光纤波导耦合器连接。本发明专利技术可以完成时间相位编码四种量子态的调制工作，系统制作容差大，成本大幅降低。

Transmitter Coding Module of Integrated Time Phase Quantum Key Distribution System

【技术实现步骤摘要】
集成时间相位量子密钥分配系统发射端编码模块
本专利技术属于量子密码通信
，具体涉及量子密钥分配系统中集成时间相位量子密钥分配系统发射端编码模块。
技术介绍
量子密钥分配技术结合了量子物理原理和现代通信技术。量子密钥分配藉由物理原理保障异地密钥协商过程和结果的安全性，与“一次一密”加密技术结合，可以实现不依赖算法复杂度的保密通信。目前，量子密码技术主要以光量子作为实现载体，通过自由空间或光纤信道进行分配。量子密钥分配设备依据不同的量子密钥分发协议的要求，利用各种光调制设备将经典随机比特加载到光量子的偏振、相位、时间等物理量之上来进行传输，从而实现量子密钥的分配。典型QKD系统一般包含一个发射端和一个接收端，发射端用于将密钥编码在光量子上，而接收端用于光量子的解码以及测量。所以对于QKD系统发射端来说，一般需要利用相位调制或偏振调制等调制手段将光量子调制成不同的状态，而不同的光量子状态则代表了不同的编码信息。时间相位编码是量子态其中一种量子态编码方式。对于时间相位编码来说，它一般要求QKD系统发射端制备四种状态，这些状态分辨位于相位测量基和时间测量基上，它们分别是Z基中的态|0>和态|1>，以及Y基中的态和态分别如图1中的状态1至状态4所示。其中Z基中两个状态则分别表示光脉冲只存在于靠前的时间戳或靠后的时间戳上的状态，而Y基中的态和一般相位编码系统相同，即两个相邻时间戳上的光脉冲相位相差90度或270度时的状态。所以对于时间相位QKD系统发射端则需要一个编码模块来完成制定光量子态的调制。同时，QKD光集成芯片是现今全世界非常重要的研究方向，利用该技术可以将原本基于各个独立光器件的各种光学系统集成在一块体积非常小的芯片中，首先大幅降低了成本，其次可以大大增加QKD技术的应用范围。综上所述，提出一种新型的片上时间相位QKD系统发射端编码模块来代替已有的时间相位系统发射端是目前发展的趋势，利用该新型的结构进而完成时间相位编码四种量子态的调制工作，从而实现时间相位编码的各种QKD协议系统，包括BB84协议，MDI协议等，并且相比较于已有的时间相位系统发射端，系统制作容差大，成本大幅降低。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足提供一种集成时间相位量子密钥分配系统发射端编码模块，本集成时间相位量子密钥分配系统发射端编码模块可以完成时间相位编码四种量子态的调制工作，从而可以实现时间相位编码的各种QKD协议系统，包括BB84协议，MDI协议等，且与已有的时间相位系统发射端比较，系统制作容差大，成本大幅降低。为实现上述技术目的，本专利技术采取的技术方案为：一种集成时间相位量子密钥分配系统发射端编码模块，包括第一光纤波导耦合器、光波导芯片和第二光纤波导耦合器，所述光波导芯片上集成有分束器一、相位调制模块一、相位调制模块二、分束器二、光波导延时模块和合束器，所述第一光纤波导耦合器与光波导芯片上的分束器一的一入射端口通过波导线连接，所述分束器一的一出射端口与相位调制模块一通过波导线连接，分束器一的另一出射端口和相位调制模块二通过波导线连接，所述相位调制模块一与分束器二的一入射端口通过波导线连接，相位调制模块二与分束器二的另一入射端口通过波导线连接，所述分束器二的一出射端口与合束器的一入射端口通过波导线连接且该波导线上设有光波导延时模块，所述分束器二的另一出射端口与合束器的另一入射端口通过波导线连接，所述合束器的出射端口与第二光纤波导耦合器连接；第一光纤波导耦合器连接有第一光纤且用于将第一光纤与光波导芯片上的波导线耦合连接，第二光纤波导耦合器连接有第二光纤且用于将第二光纤与光波导芯片上的波导线耦合连接；第一光纤用于接收入射的光脉冲，并将接收的光脉冲通过第一光纤波导耦合器耦合至光波导芯片中，光脉冲沿着光波导芯片中的波导线传输至分束器一，分束器一将光脉冲分为两束光脉冲，一束光脉冲经过相位调制模块一后进入分束器二，另一束光脉冲经过相位调制模块二后进入分束器二，两束光脉冲在分束器二内合束并干涉，干涉结果由分束器二的两个出射端口出射，从分束器二的一出射端口出射的光脉冲通过波导线上的光波导延时模块进入合束器内，从分束器二的另一出射端口出射的光脉冲通过波导线进入合束器内，合束器将光脉冲合束后输出至第二光纤波导耦合器，第二光纤波导耦合器通过第二光纤将光脉冲出射。作为本专利技术进一步改进的技术方案，所述光波导芯片有2个，分别为光波导芯片一和光波导芯片二，所述分束器一、相位调制模块一和相位调制模块二设置在光波导芯片一中，所述分束器二、光波导延时模块和合束器设置在光波导芯片二中，所述光波导芯片一中相位调制模块一连接的波导线与光波导芯片二中分束器二的一入射端口连接的波导线相互耦合连接，所述光波导芯片一中相位调制模块二连接的波导线与光波导芯片二中分束器二的另一入射端口连接的波导线相互耦合连接。作为本专利技术进一步改进的技术方案，所述光波导芯片有2个，分别为光波导芯片一和光波导芯片二，所述分束器一、相位调制模块一、相位调制模块二和分束器二设置在光波导芯片一中，所述光波导延时模块和合束器设置在光波导芯片二中，所述光波导芯片一中分束器二的一出射端口连接的波导线与光波导芯片二中光波导延时模块连接的波导线相互耦合连接，所述光波导芯片一中分束器二的另一出射端口连接的波导线与光波导芯片二中合束器的一入射端口连接的波导线相互耦合连接。作为本专利技术进一步改进的技术方案，所述分束器一用于将光脉冲按照50:50的比例一分为二，所述分束器一采用Y分支分束器、DC分束器或者MMI分束器，所述Y分支分束器为Y形状的波导分束器。作为本专利技术进一步改进的技术方案，所述分束器二采用DC分束器或者MMI分束器。作为本专利技术进一步改进的技术方案，所述光波导延时模块采用一段波导线。作为本专利技术进一步改进的技术方案，所述合束器用于将经过光波导延时模块的光脉冲和没有经过光波导延时模块的光脉冲合束后输出，所述合束器采用Y分支合束器、DC分束器或者MMI分束器，所述Y分支合束器为Y形状的波导合束器。本专利技术的有益效果为：本专利技术的集成时间相位量子密钥分配系统发射端编码模块可以完成时间相位编码四种量子态的调制工作，从而可以实现时间相位编码的各种QKD协议系统，包括BB84协议，MDI协议等，且与已有的时间相位系统发射端比较，系统制作容差大(即可以包容的制作时的误差大)，成本大幅降低。附图说明图1为时间相位编码的四种光量子态示意图。图2为本专利技术实施例一的结构示意图。图3为本专利技术实施例一的应用方法简图。图4为本专利技术实施例二的结构示意图。图5为本专利技术实施例三的结构示意图。具体实施方式下面根据图1至图5对本专利技术的具体实施方式作出进一步说明：实施例一：本实施例提供一种集成时间相位量子密钥分配系统发射端编码模块(即基于光集成芯片的时间相位BB84系统的发射端编码模块)，其典型结构如图2所示。包括：第一光纤波导耦合器、光波导芯片和第二光纤波导耦合器，所述光波导芯片上集成有分束器一、相位调制模块一、相位调制模块二、分束器二、光波导延时模块和合束器，所述第一光纤波导耦合器与光波导芯片上的分束器一的一入射端口通过波导线连接，所述分束器一的一出射端口与相位调制模块一通过波导线连接，分束器一的另一出射端本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种集成时间相位量子密钥分配系统发射端编码模块，其特征在于，包括第一光纤波导耦合器、光波导芯片和第二光纤波导耦合器，所述光波导芯片上集成有分束器一、相位调制模块一、相位调制模块二、分束器二、光波导延时模块和合束器，所述第一光纤波导耦合器与光波导芯片上的分束器一的一入射端口通过波导线连接，所述分束器一的一出射端口与相位调制模块一通过波导线连接，分束器一的另一出射端口与相位调制模块二通过波导线连接，所述相位调制模块一与分束器二的一入射端口通过波导线连接，相位调制模块二与分束器二的另一入射端口通过波导线连接，所述分束器二的一出射端口与合束器的一入射端口通过波导线连接且该波导线上设有光波导延时模块，所述分束器二的另一出射端口与合束器的另一入射端口通过波导线连接，所述合束器的出射端口与第二光纤波导耦合器连接；第一光纤波导耦合器连接有第一光纤且用于将第一光纤与光波导芯片上的波导线耦合连接，第二光纤波导耦合器连接有第二光纤且用于将第二光纤与光波导芯片上的波导线耦合连接；第一光纤用于接收入射的光脉冲，并将接收的光脉冲通过第一光纤波导耦合器耦合至光波导芯片中，光脉冲沿着光波导芯片中的波导线传输至分束器一，分束器一将光脉冲分为两束光脉冲，一束光脉冲经过相位调制模块一后进入分束器二，另一束光脉冲经过相位调制模块二后进入分束器二，两束光脉冲在分束器二内合束并干涉，干涉结果由分束器二的两个出射端口出射，从分束器二的一出射端口出射的光脉冲通过波导线上的光波导延时模块进入合束器内，从分束器二的另一出射端口出射的光脉冲通过波导线进入合束器内，合束器将光脉冲合束后输出至第二光纤波导耦合器，第二光纤波导耦合器通过第二光纤将光脉冲出射。...

【技术特征摘要】
1.一种集成时间相位量子密钥分配系统发射端编码模块，其特征在于，包括第一光纤波导耦合器、光波导芯片和第二光纤波导耦合器，所述光波导芯片上集成有分束器一、相位调制模块一、相位调制模块二、分束器二、光波导延时模块和合束器，所述第一光纤波导耦合器与光波导芯片上的分束器一的一入射端口通过波导线连接，所述分束器一的一出射端口与相位调制模块一通过波导线连接，分束器一的另一出射端口与相位调制模块二通过波导线连接，所述相位调制模块一与分束器二的一入射端口通过波导线连接，相位调制模块二与分束器二的另一入射端口通过波导线连接，所述分束器二的一出射端口与合束器的一入射端口通过波导线连接且该波导线上设有光波导延时模块，所述分束器二的另一出射端口与合束器的另一入射端口通过波导线连接，所述合束器的出射端口与第二光纤波导耦合器连接；第一光纤波导耦合器连接有第一光纤且用于将第一光纤与光波导芯片上的波导线耦合连接，第二光纤波导耦合器连接有第二光纤且用于将第二光纤与光波导芯片上的波导线耦合连接；第一光纤用于接收入射的光脉冲，并将接收的光脉冲通过第一光纤波导耦合器耦合至光波导芯片中，光脉冲沿着光波导芯片中的波导线传输至分束器一，分束器一将光脉冲分为两束光脉冲，一束光脉冲经过相位调制模块一后进入分束器二，另一束光脉冲经过相位调制模块二后进入分束器二，两束光脉冲在分束器二内合束并干涉，干涉结果由分束器二的两个出射端口出射，从分束器二的一出射端口出射的光脉冲通过波导线上的光波导延时模块进入合束器内，从分束器二的另一出射端口出射的光脉冲通过波导线进入合束器内，合束器将光脉冲合束后输出至第二光纤波导耦合器，第二光纤波导耦合器通过第二光纤将光脉冲出射。2.根据权利要求1所述的集成时间相位量子密钥分配系统发射端编码模块，其特征在于，所述光波导芯片有2个，分别为光波导芯片一和光波导芯片二，所述分束器...

【专利技术属性】
技术研发人员：丁禹阳，王从柯，程翌婷，
申请(专利权)人：安徽问天量子科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：安徽,34