基于双路即插即用QKD系统的信道复用装置制造方法及图纸

本发明专利技术提供一种基于双路即插即用QKD系统的信道复用装置，在现有双路即插即用QKD系统Bob端的偏振分束片之后加一强度调制器；在Alice端原来的光源监控模块前增加一分束片，用于将信号光分为两束，其中一束进入光源监控模块进行光源监控，一束进入一光电探测器；所述强度调制器用于控制光强，调制Bob端传输到Alice端的经典信息；所述光电探测器用于在Alice端对经典信息进行测量。本发明专利技术通过采用强度编码方案，使得在原来只能传输量子信息的双路即插即用QKD系统的基础上，进一步可以同时传输量子信息与经典信息，节省了信道资源，提高了信息传输效率。同时，该调制方式较为简单，便于信息发送者和接受者操作。

【技术实现步骤摘要】
基于双路即插即用QKD系统的信道复用装置
本专利技术涉及信息科学量子通信中量子密钥分发(QuantumKeyDistribution，QKD)领域，尤其涉及一种基于双路即插即用QKD系统的信道复用装置。
技术介绍
随着信息科学的发展，量子信息科学逐渐出现在人们的视野中，并且占据着越来越重要的地位。量子信息科学的出现，使得人们看到了突破现有通信技术瓶颈的希望。而量子密钥分发作为量子信息科学中的重要研究成果，它结合了一次一密的编码理论，利用了量子力学原理对密钥进行传输，理论上可以实现无条件安全性。量子密钥分发的基本原理图如图1所示，信息发送者Alice和信息接收者Bob之间存在两条信道，其中量子信道加载包含密钥信息的量子态，经典信道传递经典信息以便于实现误码纠错和私钥放大等。在量子密钥分发中，BB84协议及其变种是目前QKD所采用的主流协议之一。其中诱骗态协议是BB84协议变种中的一种，诱骗态协议在原来BB84协议的基础上，提高了其安全码率，增强了原BB84协议的实用性。而双路即插即用QKD系统就采用了诱骗态协议，并且该系统还可以自动补偿光纤相位与偏振波动，具有高稳定性和低误码率，是搭建实用化QKD系统的方案之一。该双路即插即用QKD系统原理图如图2所示，其信号流程如图3A、3B、3C、3D所示，具体原理步骤如下：首先，Bob端的激光器会发出线偏振脉冲激光信号，该信号通过环形器，第一次入射环形器是从它的a口入射b口出射。上述从b口出射的信号会进入一个分束片5一分为二，其中一束信号光命名为S1，它通过后续的相位调制器6(但是此时不开启)，另一束信号光命名为S2，它经过后续的延时光纤，最后两束信号光汇合到偏振分束片8(PBS)，由于延时光纤的作用，信号光S2被延时τ，即信号光S1和S2有了传输上的时间差τ。上述的S1和S2两束信号光经过一个偏振分束片8合为一路，在一条光纤上传输，同时由于偏振分束片8的作用，两束信号光的偏振方向互相垂直。上述合为一路的信号光通过长距离的光纤传输后，进入Alice一端。该信号光会首先经过一段色散补偿光纤来补偿信号在长距离传输光纤中的光纤相位与偏振波动，之后经过一个分束片12分为两束，其中一束信号光(一般选取为百分之九十)作为光源监控，查看是否存在窃听，另外一束信号光(一般选取为百分之十)继续传输，以便于在Alice端加载密钥信息。上述继续传输的信号光经过一个强衰减器，以便于使得激光脉冲能量弱到单个光子量级。上述通过强衰减器后的信号光通过一个存储光纤，以便于减小瑞利散射带来的影响。上述通过存储光纤的信号光经过一个偏振分束片15，由于信号光S1与S2的偏振方向不同，保证了信号光S1和S2会被偏振分束片15分开，信号光S1通过Alice端的相位调制器16(开启状态)，相位调制器16会对信号光S1随机加载相位，以及对之后从Alice端传输到Bob端的信号光S2不加载任何相位(此时相位调制器16不开启)，这一步相当于Alice端在信号光S1上加载了密钥信息。而信号光S2会通过Alice端的强度调制器(开启状态)，以及之后从Alice端传输到Bob端的信号光S1也会通过该强度调制器(开启状态)，随机的产生3个光强度中的一个以便于产生诱骗态。上述两束信号光均会通过法拉第旋转器，它们的偏振方向会各自扭转了90度，以便于之后可以通过PBS再次合为一束，但是偏振方向发生了改变。由于信号光通过一个法拉第旋转器，则信号光S1和S2的偏振方向与之前从Bob端传输到Alice端正好互换，这样信号光S1与S2合束之后，会从Alice端传回Bob端，并且由于两束光的偏振方向互换，所以传播过程中每当经过偏振分束片的时候，它们的分开的传播路径都会互换。通过与上面过程类似的逆过程，最后信号光S1与S2会回到Bob端。上述信号光S1与S2通过Bob端的偏振分束片8的时候，同样会被分开，不过这次信号光S1通过后续的延时光纤进行延时，与信号光S2在光路中的传输时间没有了延时。信号光S2通过后续的Bob端的相位调制器6(开启状态)，随机加载相位0或者π，作为Bob选择的测量基。上述信号光S1和S2会同时到达Bob端口的分束片5，并且在Bob端口的分束片5处进行干涉。上述两束信号光S1和S2的相位差如果是π，那么光子会流向环形器，从环形器的b口进入c口出来，引起如图2所示的单光子探测器3响应；两束信号光S1和S2的相位差如果是0，那么光子会从如图2所示的单光子探测器4出来；两束信号光S1和S2的相位差如果是或者说明Alice和Bob的基选择不相同，光会从两边都出来，那么舍弃。相位编码的对应比特值如图4所示。其中φA为Alice对信号S1加载的相位，φB为Bob对从Alice端传输到Bob端的信号S2加载的相位，φA-φB为两者的相位差。上述偏振分束片可以利用光的不同偏振方向使光分为两束。而上述分束片可以直接将光分为两束。但是上述双路即插即用QKD系统一般只利用其信道传递量子态的信息，这样会造成信道的浪费。因此需提供一种可以使得上述双路即插即用QKD系统在传递量子态信息的同时，可以利用原本的光信号进行经典信息传送的方案。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种基于双路即插即用QKD系统的信道复用装置，该装置采用强度编码方案，可以同时传输量子信息与经典信息，达到信道资源节省的目的。为达到上述目的，本专利技术采用的技术方案为：一种基于双路即插即用QKD系统的信道复用装置，在现有双路即插即用QKD系统Bob端的偏振分束片之后加一强度调制器；在Alice端原来的光源监控模块前增加一分束片，用于将信号光分为两束，其中一束进入光源监控模块进行光源监控，一束进入一光电探测器；所述强度调制器用于控制光强，调制Bob端传输到Alice端的经典信息；所述光电探测器用于在Alice端对经典信息进行测量。进一步地，根据光源的光强以及信道的衰减，设定光强阈值，当Bob端向Alice端传输经典比特0时，所述强度调制器将Bob输出的光强调制为阈值以下；当Bob端向Alice端传输经典比特1时，所述强度调制器将Bob输出的光强调制为阈值以上。进一步地，通过调节初始光强度或者分束片的透过率控制流入光源监控模块的光强度。进一步地，该装置在Bob端包括一段延时光纤，用于将从Bob端传输到Alice端的信号光延时；以及之后从Alice端传输到Bob端的信号光延时。进一步地，该装置包括一段色散补偿光纤，用于补偿信号的光纤相位与偏振波动。进一步地，该装置包括一段存储光纤，用于减小瑞利散射。更进一步地，该装置包括一偏振分束片，用于将经过所述存储光纤的信号光分开。更进一步地，该装置包括一相位调制器，用于在Alice端对上述信号光之一加载不同的相位；以及对之后从Alice端传输到Bob端的上述另一信号光不加载任何相位。更进一步地，该装置包括一强度调制器，用于在Alice端对上述不加载相位的另一信号光进行强度调制，来实现诱骗态；以及对之后从Alice端传输到Bob端的加载相位的上述一信号光进行强度控制，来实现诱骗态。更进一步地，该装置包括一法拉第旋转器，用于使上述两束信号光从Alice端传回Bob端过程中每当经过偏振分束片时分开的传播路径互换。本专利技术的有益效果在于：本专利技术提供一种本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于双路即插即用QKD系统的信道复用装置，其特征在于，在现有双路即插即用QKD系统Bob端的偏振分束片之后加一强度调制器；在Alice端原来的光源监控模块前增加一分束片，用于将信号光分为两束，其中一束进入光源监控模块进行光源监控，一束进入一光电探测器；所述强度调制器用于控制光强，调制Bob端传输到Alice端的经典信息；所述光电探测器用于在Alice端对经典信息进行测量。

【技术特征摘要】
1.一种基于双路即插即用QKD系统的信道复用装置，其特征在于，在现有双路即插即用QKD系统Bob端的偏振分束片之后加一强度调制器；在Alice端原来的光源监控模块前增加一分束片，用于将信号光分为两束，其中一束进入光源监控模块进行光源监控，一束进入一光电探测器；所述强度调制器用于控制光强，调制Bob端传输到Alice端的经典信息；所述光电探测器用于在Alice端对经典信息进行测量。2.如权利要求1所述的基于双路即插即用QKD系统的信道复用装置，其特征在于，根据光源的光强以及信道的衰减，设定光强阈值，当Bob端向Alice端传输经典比特0时，所述强度调制器将Bob输出的光强调制为阈值以下；当Bob端向Alice端传输经典比特1时，所述强度调制器将Bob输出的光强调制为阈值以上。3.如权利要求1所述的基于双路即插即用QKD系统的信道复用装置，其特征在于，通过调节初始光强度或者分束片的透过率控制流入光源监控模块的光强度。4.如权利要求1所述的基于双路即插即用QKD系统的信道复用装置，其特征在于，在Bob端包括一段延时光纤，用于将从Bob端传输到Alice端的信号光延时；以及之后从Alice端传输到Bob端的信号光延时。5....

【专利技术属性】
技术研发人员：郭弘，彭翔，王干，徐兵杰，冯雨龙，
申请(专利权)人：北京大学，
类型：发明
国别省市：北京,11