无需相位调制器的时间相位编码量子密钥分发系统及其组件技术方案

本实用新型专利技术提供了一种无需相位调制器的时间相位编码的量子密钥分发系统及其光源、编码装置和解码装置。其中，本实用新型专利技术的光源结构可以在不借助相位调制器的情况下实现相位基矢编码下的相位调制，从而省略了现有技术中相位调制器和对主激光器调制信号的调制，降低了量子密钥分发系统的复杂度，有利于量子通信网络技术的应用。

Time phase coded quantum key distribution system and its components without phase modulator

The utility model provides a quantum key distribution system with a time phase encoding without a phase modulator, as well as a light source, a coding device and a decoding device. Among them, the source structure of the utility model can realize the phase modulation phase vectors encoding the phase modulator without the aid of the case, thereby, the existing technology of phase modulator and modulation signal of the master laser modulation, reduce the quantum key distribution system complexity, is conducive to the application of network technology in quantum communication.

【技术实现步骤摘要】
无需相位调制器的时间相位编码量子密钥分发系统及其组件
本技术涉及量子保密通信
，具体涉及无需相位调制器的基于时间相位编码的量子密钥分发系统以及用于该系统的光源、编码装置和解码装置。
技术介绍
目前BB84量子密钥分发系统中的编码主要采用偏振编码或相位编码。相比偏振编码，现有的相位编码系统的应用场景比较适合偏振变化比较剧烈的情形，但不一定能很好地应用于长距离架空光缆环境。时间相位编码方案可以解决所有这些问题，其不仅可以做到完全的偏振无关性，而且能大大降低接收端插损，从而提高系统的成码率、成码距离，以及实现抗外界环境扰动的稳定性；同时，还能够更好地适应长距离架空光缆环境。在现有基于时间相位编码的量子密钥分发系统中，采用了基于注入锁定方式的光源结构，由此改善X、Z基矢的性能。但是在这些量子密钥分发系统中，或者需要通过相位调制器PM在X基矢的2个光脉冲之间加载调制相位0或者π，由此完成时间相位编码中的相位编码(例如参见本申请人的待审未公开的在先申请CN201611217678.0等)，或者通过对主激光器的调制信号的调制进行相位调制来实现X基矢下的编码(例如参见中国专利申请CN201611199570.3)。然而，本申请人发现现有技术的时间相位编码的量子密钥分发系统仍然存在一些问题。对于采用相位调制器PM进行X基矢下编码的系统，其需要在发送端设置相位调制器PM来调制相位，相应地需要设置相位调制的光电驱动电路。在这种方案中，其需要设置的相位调制器价格上非常昂贵，且相位调制驱动电路中要求电子学信号需要满足约5V左右的平坦的π电压，因此对调制电路要求非常高。另外，在外界环境变化导致驱动电压输出不稳定的情况下，相位调制可能出现偏差，因此，为避免由此引起的误码率升高和安全隐患等问题，还需要设置相应的校准设备，从而增加了整个量子密钥分发系统的成本和复杂度。对于借助主激光器调制信号的调制来提供X基矢下编码的方案，在发送端中需要对主激光器的调制信号进行非常精确的控制而且调制速率要求很高，这对电子学的驱动电路提出了非常高的要求。另外，在外界环境变化导致驱动电压输出不稳定的情况下，相位调制同样可能出现偏差，因此，为避免由此引起的误码率升高和安全隐患等问题，同样还需要设置相应的校准设备，从而增加了整个量子密钥分发系统的成本和复杂度。
技术实现思路
针对现有技术的不足，本技术提供了一种无需相位调制器的时间相位编码的量子密钥分发系统及其光源，其中，本技术的光源结构可以在不借助相位调制器的情况下实现相位基矢编码下的相位调制，从而省略了现有技术中相位调制器和对主激光器调制信号的调制，降低了量子密钥分发系统的复杂度，有利于量子通信网络技术的应用。本技术公开了一种可同时用于时间编码和相位编码的光源。该光源可以包括：主激光器，其在一个系统周期内基于主驱动信号源提供的主驱动信号的驱动输出一个主激光器脉冲，以用于形成种子光；以及从激光器，其基于从驱动信号源提供的从驱动信号的驱动在所述种子光的激励下以注入锁定的方式输出从激光器脉冲，用于编码信号光脉冲。其中，所述从驱动信号可以包括第一、第二和第三从驱动信号，且在一个系统周期内，所述第一、第二和第三从驱动信号中的一个被随机地输出以驱动所述从激光器。并且，在所述第一从驱动信号的驱动下，在一个系统周期内，所述从激光器仅输出一个第一从激光器脉冲，且所述第一从激光器脉冲是源于一个所述主激光器脉冲的位于第一时间位置的脉冲部分激励的；在所述第二从驱动信号的驱动下，在一个系统周期内，所述从激光器仅输出一个第二从激光器脉冲，且所述第二从激光器脉冲是源于一个所述主激光器脉冲的位于第二时间位置的脉冲部分激励的；以及，在所述第三从驱动信号的驱动下，在一个系统周期内，所述从激光器输出连续两个第三从激光器脉冲，且所述两个第三从激光器脉冲是分别源于一个所述主激光器脉冲的位于第三时间位置和第四时间位置的脉冲部分激励的。在本技术的第一方面，光源还可以包括第一分束器，且所述主激光器可以包括第一主激光器和第二主激光器。其中，所述第一分束器可以包括第一端口、第二端口、第三端口和第四端口，且被设置成：经由所述第一端口接收所述第一主激光器输出的第一主激光器脉冲以将其分成所述第一主激光器脉冲的两个脉冲部分，并分别经由所述第三端口和所述第四端口将所述第一主激光器脉冲的所述两个脉冲部分输出给所述从激光器；以及经由所述第二端口接收所述第二主激光器输出的第二主激光器脉冲以将其分成所述第二主激光器脉冲的两个脉冲部分，并分别经由所述第三端口和第四端口将所述第二主激光器脉冲的所述两个脉冲部分输出给所述从激光器。进一步地，所述第一分束器的所述第三端口与所述从激光器之间光路的光程与所述第一分束器的所述第四端口与所述从激光器之间光路的光程可以被设置成不同，使得所述两个脉冲部分在不同的时间位置上进入所述从激光器。优选地，在所述从激光器与所述分束器之间可以设有可调的时间延时元件，以实现所述光程的不同。进一步地，所述第一时间位置可以与所述第三时间位置相同，所述第二时间位置可以与所述第四时间位置相同。进一步地，在本技术第一方面的光源中，还可以包括第二分束器，其可以与所述第一分束器形成一个不等臂干涉仪。其中，所述不等臂干涉仪与所述从激光器之间可以设有第一光学传输元件，所述第一光学传输元件包括三个传输端口。更进一步地，在本技术第一方面的光源中，还可以包括第三主激光器，且所述第三主激光器被设置成与所述第二分束器连接，使得所述第三主激光器输出的第三主激光器脉冲经所述不等臂干涉仪分成两个脉冲部分以分别注入至所述第一主激光器和所述第二主激光器。更进一步地，在本技术第一方面的光源中，还可以包括第三主激光器和第二光学传输元件，其中，所述第二光学传输元件设置在所述不等臂干涉仪的长臂或短臂上，且连接所述第三主激光器，使得所述第三主激光器输出的第三主激光器脉冲经所述分束器分成两个脉冲部分以分别注入至所述第一主激光器和所述第二主激光器。根据本技术的第二方面，在光源中，所述从激光器可以包括第一从激光器和第二从激光器，所述第一从激光器被设置成接收所述第一分束器的所述第四端口的输出，所述第二从激光器被设置成接收所述第一分束器的所述第三端口的输出。进一步地，在本技术第二方面的光源中，所述第一分束器与所述第一从激光器之间还可以设有第一光学传输元件，所述第一分束器与所述第二从激光器之间还可以设有第二光学传输元件，且所述光学传输元件包括三个传输端口。并且，所述第一从激光器可以经由所述第一光学传输元件和所述第二从激光器可以经由所述第二光学传输元件分别连接第二分束器。更进一步地，该第二分束器可以为偏振分束器，从而使得由该光源输出的光脉冲可以用于进行高效地编解码。更进一步地，在本技术第二方面的光源中，还可以包括第三主激光器，所述第三主激光器经由第三光学传输元件连接所述第一分束器，使得所述第三主激光器输出的第三主激光器脉冲经所述第一分束器分成两个脉冲部分以分别注入至所述第一主激光器和所述第二主激光器。根据本技术的第三方面，在光源中，所述从激光器可以包括第一从激光器和第二从激光器，所述第一从激光器和所述第二从激光器分别连接所述第一分束器的所述第四端口和所述本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种可同时用于时间编码和相位编码的光源，其包括：主激光器，其在一个系统周期内基于主驱动信号源提供的主驱动信号的驱动输出一个主激光器脉冲，以用于形成种子光；从激光器，其基于从驱动信号源提供的从驱动信号的驱动在所述种子光的激励下以注入锁定的方式输出从激光器脉冲，用于编码信号光脉冲；所述从驱动信号包括第一、第二和第三从驱动信号，且在一个系统周期内，所述第一、第二和第三从驱动信号中的一个被随机地输出以驱动所述从激光器；其中，在所述第一从驱动信号的驱动下，在一个系统周期内，所述从激光器仅输出一个第一从激光器脉冲，且所述第一从激光器脉冲是源于一个所述主激光器脉冲的位于第一时间位置的脉冲部分激励的；在所述第二从驱动信号的驱动下，在一个系统周期内，所述从激光器仅输出一个第二从激光器脉冲，且所述第二从激光器脉冲是源于一个所述主激光器脉冲的位于第二时间位置的脉冲部分激励的；以及，在所述第三从驱动信号的驱动下，在一个系统周期内，所述从激光器输出连续两个第三从激光器脉冲，且所述两个第三从激光器脉冲是分别源于一个所述主激光器脉冲的位于第三时间位置和第四时间位置的脉冲部分激励的；其特征在于还包括第一分束器；所述主激光器包括第一主激光器和第二主激光器；并且所述第一分束器包括第一端口、第二端口、第三端口和第四端口，且被设置成，经由所述第一端口接收所述第一主激光器输出的第一主激光器脉冲以将其分成所述第一主激光器脉冲的两个脉冲部分，并分别经由所述第三端口和所述第四端口将所述第一主激光器脉冲的所述两个脉冲部分输出给所述从激光器；以及经由所述第二端口接收所述第二主激光器输出的第二主激光器脉冲以将其分成所述第二主激光器脉冲的两个脉冲部分，并分别经由所述第三端口和第四端口将所述第二主激光器脉冲的所述两个脉冲部分输出给所述从激光器。...

【技术特征摘要】
1.一种可同时用于时间编码和相位编码的光源，其包括：主激光器，其在一个系统周期内基于主驱动信号源提供的主驱动信号的驱动输出一个主激光器脉冲，以用于形成种子光；从激光器，其基于从驱动信号源提供的从驱动信号的驱动在所述种子光的激励下以注入锁定的方式输出从激光器脉冲，用于编码信号光脉冲；所述从驱动信号包括第一、第二和第三从驱动信号，且在一个系统周期内，所述第一、第二和第三从驱动信号中的一个被随机地输出以驱动所述从激光器；其中，在所述第一从驱动信号的驱动下，在一个系统周期内，所述从激光器仅输出一个第一从激光器脉冲，且所述第一从激光器脉冲是源于一个所述主激光器脉冲的位于第一时间位置的脉冲部分激励的；在所述第二从驱动信号的驱动下，在一个系统周期内，所述从激光器仅输出一个第二从激光器脉冲，且所述第二从激光器脉冲是源于一个所述主激光器脉冲的位于第二时间位置的脉冲部分激励的；以及，在所述第三从驱动信号的驱动下，在一个系统周期内，所述从激光器输出连续两个第三从激光器脉冲，且所述两个第三从激光器脉冲是分别源于一个所述主激光器脉冲的位于第三时间位置和第四时间位置的脉冲部分激励的；其特征在于还包括第一分束器；所述主激光器包括第一主激光器和第二主激光器；并且所述第一分束器包括第一端口、第二端口、第三端口和第四端口，且被设置成，经由所述第一端口接收所述第一主激光器输出的第一主激光器脉冲以将其分成所述第一主激光器脉冲的两个脉冲部分，并分别经由所述第三端口和所述第四端口将所述第一主激光器脉冲的所述两个脉冲部分输出给所述从激光器；以及经由所述第二端口接收所述第二主激光器输出的第二主激光器脉冲以将其分成所述第二主激光器脉冲的两个脉冲部分，并分别经由所述第三端口和第四端口将所述第二主激光器脉冲的所述两个脉冲部分输出给所述从激光器。2.如权利要求1所述的光源，所述第一分束器的所述第三端口与所述从激光器之间光路的光程与所述第一分束器的所述第四端口与所述从激光器之间光路的光程被设置成不同，使得所述两个脉冲部分在不同的时间位置上进入所述从激光器。3.如权利要求2所述的光源，其中在所述从激光器与所述分束器之间设有可调的时间延时元件。4.如权利要求1所述的光源，其中所述第一时间位置与所述第三时间位置相同，所述第二时间位置与所述第四时间位置相同。5.如权利要求1所述的光源，其还包括第二分束器，所述第一分束器和所述第二分束器被用于形成不等臂干涉仪。6.如权利要求5所述的光源，其中，所述不等臂干涉仪与所述从激光器之间设有第一光学传输元件，所述第一光学传输元件包括三个传输端口。7.如权利要求5或6所述的光源，其还包括第三主激光器，且所述第三主激光器被设置成与所述第二分束器连接，使得所述第三主激光器输出的第三主激光器脉冲经所述不等臂干涉仪分成两个脉冲部分以分别注入至所述第一主激光器和所述第二主激光器。8.如权利要求5或6所述的光源，其还包括第三主激光器和第二光学传输元件，其中，所述第二光学传输元件设置在所述不等臂干涉仪的长臂或短臂上，且连接所述第三主激光器，使得所述第三主激光器输出的第三主激光器...

【专利技术属性】
技术研发人员：汤艳琳，
申请(专利权)人：科大国盾量子技术股份有限公司，
类型：新型
国别省市：安徽,34