一种编码装置及基于该装置的量子密钥分发设备及系统制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种编码装置，包括：偏振分束旋转器PSR，用于接收输入信号光，将输入信号光分成偏振模式相同的两部分，分别发送给偏振旋转结构和调制器；偏振旋转结构，与PSR和调制器相连，具有从一端进入的光信号偏振方向旋转180度，从另一端进入的光信号偏振方向不变的功能；调制器，用于对输入到调制器的光进行调制；PSR，还用于接收偏振旋转结构和调制器发送的信号光，将两个信号光进行合束，得到输出信号光，将输出信号光发送出去。本发明专利技术实施例可以支持高速调制器，满足高速通信的要求。

A coding device and a quantum key distribution device and system based on the device

The invention discloses an encoding device, including: polarization beam rotating device PSR, for receiving the input signal, the input signal is divided into two parts of the same optical polarization mode, respectively sent to a rotating structure and a polarization modulator; polarization rotation structure, and is connected with the PSR modulator, has entered from one end of the optical signal polarization direction 180 degree rotation invariant optical signals from the polarization direction of the other end into the function; modulator for modulating light modulator for input to; PSR, is also used to signal light receiving polarization rotation structure and modulator sending the two signal light beam, the output signal, the output signal sent out light. The embodiment of the invention can support the high speed modulator and meet the requirement of high speed communication.

【技术实现步骤摘要】
一种编码装置及基于该装置的量子密钥分发设备及系统
本专利技术涉及光通信领域，特别涉及一种编码装置及基于该编码装置的量子密钥分发QKD设备及系统。
技术介绍
量子通信是在经典信息论和量子力学的基础上发展起来的通信技术，现在实用化的量子通信技术主要是指量子密钥分发(QuantumKeyDistribution，QKD)。其中，密钥的安全性依赖于量子力学基本原理，例如测量塌缩理论，不可克隆和测不准原理，因此，利用QKD系统分配给通信双方的密钥在理论上已经被证明是安全的，QKD在军事、国防、信息安全等领域拥有广阔的应用前景。现有的QKD系统如图1所示，量子光源位于发送端(Alice端)，用于产生光脉冲，该光脉冲经过分束器被分成两个光脉冲P1和P2，P1走短臂，P2走长臂；P1经过法拉第旋转镜(FaradayMirror，FM)之后，返回到分束器，P2经过调制器和FM之后，返回到分束器710，两个光脉冲P1和P2依次经过衰减器，被衰减到单光子量级之后，通过量子信道发送到接收端(Bob端)，其中，P2在经过调制器时被调制了Alice端的信息。在Bob端中，P1和P2依次被环形器接收，并发送给Bob端的分束器，光脉冲P1被分成P11和P12，光脉冲P2被分成P20和P22，其中，P11和P20走短臂，P12和P22走长臂。P11和P20将经过FM之后，返回到分束器，而P12和P22将经过调制器和FM，被调制了Bob端的信息之后，再返回到分束器；由于Bob端和Alice端的长臂和短臂的光程差相同，故P12和P20将同时到达分束器，在此处发生干涉，干涉信号被两个单光子探测器D1和D2获得。根据相应的量子密钥分配协议处理两个单光子探测器的探测结果，即可得到量子密钥。然而，在现有的QKD系统中，被调制的光脉冲(如Alice端的P2，Bob端的P12)都要先经过一次调制器，再被FM将偏振方向旋转90度之后再经过一次调制器，而高速的调制器均为偏振相关的，例如，在通常情况下，对TE偏振光的插损为6dB，对TM偏振光的插损为30dB，光脉冲一次往返就相当于衰减了36dB，衰减过大。因此，现有的QKD系统只能采用低速率的调制器，无法满足高速通信的要求。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种编码装置，该编码装置可以替换掉现有QKD系统中的FM和调制器，解决了现有的QKD系统只能采用低速率的调制器，无法满足高速通信要求的问题。第一方面，提供一种编码装置，包括：偏振分束旋转器PSR，偏振旋转结构和调制器，所述PSR，具有三个端口，从所述PSR的第一端口接收输入信号光，将所述输入信号光分成第一偏振光和第二偏振光，将所述第一偏振光通过所述PSR的第二端口发送给所述偏振旋转结构，将所述第二偏振光通过所述PSR的第三端口发送给所述调制器，其中，所述第一偏振光和所述第二偏振光的偏振模式相同；所述偏振旋转结构，用于将所述第一偏振光的偏振方向旋转180度，得到旋转后的第一偏振光，将所述旋转后的第一偏振光发送给所述调制器；所述调制器，用于对所述旋转后的第一偏振光进行调制，得到第一信号光，将所述第一信号光发送到所述PSR的第三端口；还用于对所述第二偏振光进行调制，得到第二信号光，将所述第二信号光发送给所述偏振旋转结构；所述偏振旋转结构，还用于将所述第二信号光发送到所述PSR的第二端口；所述PSR，还用于将所述第一信号光和所述第二信号光进行合束，得到输出信号光，将所述输出信号光通过所述PSR的第一端口发送出去，其中，所述输出信号光的偏振方向与所述输入信号光的偏振方向垂直。在本专利技术实施例中，经过调制器的光脉冲的偏振方向一致，均为经过调制器之后损耗较低的偏振方向，故应用本专利技术实施例提供的编码装置的QKD系统可以使用高速调制器，满足高速通信的要求。结合第一方面，在第一方面的第一种可能的实现方式中，所述调制器两端到达所述PSR的光程相同，保证从PSR分离的两束光可以同时到达所述调制器，缩短所述调制器进行调制所需的时间。结合第一方面或第一方面的第一种可能的实现方式，在第一方面的第二种可能的实现方式中，所述偏振旋转结构包括相位调制器或动态偏振控制器。本专利技术实施例适用于平面光集成(PlanarLightwaveCircuit，PLC)技术，有利于该编码装置的小型化集成。结合第一方面的第二种可能的实现方式，在第一方面的第三种可能的实现方式中，在所述第一偏振光离开所述偏振旋转结构之后，所述第二信号光进入所述偏振旋转结构。结合第一方面或第一方面的第一种可能的实现方式，在第一方面的第四种可能的实现方式中，所述偏振旋转结构包括法拉第晶体和偏振旋转器PR，所述法拉第晶体，具有两个端口，用于将从所述法拉第晶体的第一端口入射的光的偏振方向按第一方向旋转90度，将从所述法拉第晶体的第二端口入射的光的偏振方向按第二方向旋转90度，其中，所述第一方向为顺时针方向或逆时针方向，所述第二方向与所述第一方向相反；所述PR，具有两个端口，用于将从所述PR的两个端口入射的光的偏振方向均按第一方向旋转90度，其中，所述PR的第一端口与所述法拉第晶体的任一端口相连。结合第一方面的第四种可能的实现方式，在第一方面的第五种可能的实现方式中，所述偏振旋转结构还包括第一偏振片和第二偏振片，所述第一偏振片位于所述法拉第晶体和所述PSR之间，用于将经过所述第一偏振片的光的偏振方向限定在与所述第一偏振光的偏振方向相同或相反的方向；所述第二偏振片位于所述PR与所述调制器之间，用于将经过所述第二偏振片的光的偏振方向限定在与所述第一偏振光的偏振方向相同或相反的方向，或所述第二偏振片位于所述法拉第晶体与所述PR之间，用于将经过所述第二偏振片的光的偏振方向限定在与所述第一偏振光的偏振方向垂直的方向。结合第一方面的第四种可能的实现方式，在第一方面的第六种可能的实现方式中，所述偏振旋转结构还包括第一偏振片和第二偏振片，所述第一偏振片位于所述法拉第晶体和所述调制器之间，用于将经过所述第一偏振片的光的偏振方向限定在与所述第一偏振光的偏振方向相同或相反的方向；所述第二偏振片位于所述PR与所述PSR之间，用于将经过所述第二偏振片的光的偏振方向限定在与所述第一偏振光的偏振方向相同或相反的方向，或所述第二偏振片位于所述法拉第晶体与所述PR之间，用于将经过所述第二偏振片的光的偏振方向限定在与所述第一偏振光的偏振方向垂直的方向。在第一方面的第五种和第六种可能的实现方式中，这两个偏振片可以保证偏振旋转结构的旋转角度不受温度和入射光波长的影响，无论角度如何偏移，都会由角度偏移转变成光强度偏移，应用于QKD系统时，可以提高系统的安全性和稳定性。结合第一方面的第四种可能的实现方式，在第一方面的第七种可能的实现方式中，所述PSR，所述偏振旋转结构和所述调制器之间采用保偏光纤连接，保证编码装置中偏振状态的稳定。结合第一方面或第一方面的第一种可能的实现方式，在第一方面的第八种可能的实现方式中，所述PSR包括PBS和PR，所述PBS，用于将所述输入信号光分成偏振方向互相垂直的两个偏振光，还用于将偏振方向互相垂直的两个偏振光合成所述输出信号光；所述PR，位于所述PBS和所述偏振旋转结构之间或所述PBS和所述调制器之间，用于将经过所述PR的光的偏振方向按照第一方本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种编码装置，其特征在于，包括：偏振分束旋转器PSR，偏振旋转结构和调制器，所述PSR，具有三个端口，从所述PSR的第一端口接收输入信号光，将所述输入信号光分成第一偏振光和第二偏振光，将所述第一偏振光通过所述PSR的第二端口发送给所述偏振旋转结构，将所述第二偏振光通过所述PSR的第三端口发送给所述调制器，其中，所述第一偏振光和所述第二偏振光的偏振模式相同；所述偏振旋转结构，用于将所述第一偏振光的偏振方向旋转180度，得到旋转后的第一偏振光，将所述旋转后的第一偏振光发送给所述调制器；所述调制器，用于对所述旋转后的第一偏振光进行调制，得到第一信号光，将所述第一信号光发送到所述PSR的第三端口；还用于对所述第二偏振光进行调制，得到第二信号光，将所述第二信号光发送给所述偏振旋转结构；所述偏振旋转结构，还用于将所述第二信号光发送到所述PSR的第二端口；所述PSR，还用于将所述第一信号光和所述第二信号光进行合束，得到输出信号光，将所述输出信号光通过所述PSR的第一端口发送出去，其中，所述输出信号光的偏振方向与所述输入信号光的偏振方向垂直。

【技术特征摘要】
1.一种编码装置，其特征在于，包括：偏振分束旋转器PSR，偏振旋转结构和调制器，所述PSR，具有三个端口，从所述PSR的第一端口接收输入信号光，将所述输入信号光分成第一偏振光和第二偏振光，将所述第一偏振光通过所述PSR的第二端口发送给所述偏振旋转结构，将所述第二偏振光通过所述PSR的第三端口发送给所述调制器，其中，所述第一偏振光和所述第二偏振光的偏振模式相同；所述偏振旋转结构，用于将所述第一偏振光的偏振方向旋转180度，得到旋转后的第一偏振光，将所述旋转后的第一偏振光发送给所述调制器；所述调制器，用于对所述旋转后的第一偏振光进行调制，得到第一信号光，将所述第一信号光发送到所述PSR的第三端口；还用于对所述第二偏振光进行调制，得到第二信号光，将所述第二信号光发送给所述偏振旋转结构；所述偏振旋转结构，还用于将所述第二信号光发送到所述PSR的第二端口；所述PSR，还用于将所述第一信号光和所述第二信号光进行合束，得到输出信号光，将所述输出信号光通过所述PSR的第一端口发送出去，其中，所述输出信号光的偏振方向与所述输入信号光的偏振方向垂直。2.根据权利要求1所述的编码装置，其特征在于，所述调制器两端到达所述PSR的光程相同。3.根据权利要求1或2所述的编码装置，其特征在于，所述偏振旋转结构包括相位调制器或动态偏振控制器。4.根据权利要求3所述的编码装置，其特征在于，在所述第一偏振光离开所述偏振旋转结构之后，所述第二信号光进入所述偏振旋转结构。5.根据权利要求1或2所述的编码装置，其特征在于，所述偏振旋转结构包括法拉第晶体和偏振旋转器PR，所述法拉第晶体，具有两个端口，用于将从所述法拉第晶体的第一端口入射的光的偏振方向按第一方向旋转90度，将从所述法拉第晶体的第二端口入射的光的偏振方向按第二方向旋转90度，其中，所述第一方向为顺时针方向或逆时针方向，所述第二方向与所述第一方向相反；所述PR，具有两个端口，用于将从所述PR的两个端口入射的光的偏振方向均按所述第一方向旋转90度，其中，所述PR的第一端口与所述法拉第晶体的任一端口相连。6.根据权利要求5所述的编码装置，其特征在于，所述偏振旋转结构还包括第一偏振片和第二偏振片，所述第一偏振片位于所述法拉第晶体和所述PSR之间，用于将经过所述第一偏振片的光的偏振方向限定在与所述第一偏振光的偏振方向相同或相反的方向；所述第二偏振片位于所述PR与所述调制器之间，用于将经过所述第二偏振片的光的偏振方向限定在与所述第一偏振光的偏振方向相同或相反的方向，或所述第二偏振片位于所述法拉第晶体与所述PR之间，用于将经过所述第二偏振片的光的偏振方向限定在与所述第一偏振光的偏振方向垂直的方向。7.根据权利要求6所述的编码装置，其特征在于，所述偏振旋转结构还包括第一偏振片和第二偏振片，所述第一偏振片位于所述法拉第晶体和所述调制器之间，用于将经过所述第一偏振片的光的偏振方向限定在与所述第一偏振光的偏振方向相同或相反的方向；所述第二偏振片位于所述PR与所述PSR之间，用于将经过所述第二偏振片的光的偏振方向限定在与所述第一偏振光的偏振方向相同或相反的方向，或所述第二偏振片位于所述法拉第晶体与所述PR之间，用于将经过所述第二偏振片的光的偏振方向限定在与所述第一偏振光的偏振方向垂直的方向。8.根据权利要求5所述的编码装置，其特征在于，所述PSR，所述调制器和所述偏振旋转结构之间采用保偏光纤连接。9.根据权利要求1或2所述的编码装置，其特征在于，所述PSR包括偏振分束器PBS和PR，所述PBS，用于将所述输入信号光分成偏振方向互相垂直的两个偏振光，还用于将偏振方向互相垂直的两个偏振光合成所述输出信号光；所述PR，位于所述PBS和所述偏振旋转结构之间或所述PBS和所述调制器之间，用于将经过所述PR的光的偏振方向按照第一方向旋转90度，其中，所述第一方向为顺时针方向或逆时针方向。10.一种光反射器，其特征在于，包括：PSR和偏振旋转结构，所述PSR具有三个端口，从所述PSR的第一端口接收输入信号光，将所述输入信号光分成第一偏振光和第二偏振光，将所述第一偏振光和所述第二偏振光分别通过所述PSR的第二端口和所述PSR的第三端口发送给所述偏振旋转结构，其中，所述第一偏振光和所述第二偏振光的偏振模式相同；所述偏振旋转结构，用于将所述第一偏振光的偏振方向旋转180度，得到旋转后的第一偏振光，将所述旋转后的第一偏振光发送到所述PSR的第三端口，将所述第二偏振光发送到所述PSR的第二端口；所述PSR，还用于将所述旋转后的第一偏振光和所述第二偏振光进行合束，得到输出信号光，将所述输出信号光通过所述PSR的第一端口发送出去，其中，所述输出信号光的偏振方向与所述输入信号光的偏振方向垂直。11.一种编码结构，其特征在于，包括：分束器，光反射器和编码装置，所述分束器，用于接收输入信号光，将所述输入信号光分成第一偏振光和第二偏振光，将所述第一偏振光发送给所述光反射器，将所述第二偏振光发送给所述编码装置，其中，所述分束器到达所述光反射器的光程与所述分束器到达所述编码装置的光程不同；所述光反射器，包括PSR和偏振旋转结构，所述PSR具有三个端口，从所述PSR的第一端口接收所述第一偏振光，将所述第一偏振光分成第一子偏振光和第二子偏振光，将所述第一子偏振光和所述第二子偏振光分别通过所述PSR的第二端口和所述PSR的第三端口发送给所述偏振旋转结构，其中，所述第一子偏振光和所述第二子偏振光的偏振模式相同；所述偏振旋转结构，用于将所述第一子偏振光的偏振方向旋转180度，得到旋转后的第一子偏振光，将所述旋转后的第一子偏振光发送到所述PSR的第三端口，将所述第二子偏振光发送到所述PSR的第二端口；所述PSR，还用于将所述旋转后的第一子偏振光和所述第二子偏振光进行合束，得到第三偏振光，将所述第三偏振光通过所述PSR的第一端口发送到所述分束器，其中，所述第三偏振光的偏振方向与所述第一偏振光的偏振方向垂直；所述编码装置，包括PSR，偏振旋转结构和调制器，所述PSR，具有三个端口，从所述PSR的第一端口接收第二偏振光，将所述第二偏振光分成第三子偏振光和第四子偏振光，将所述第三子偏振光通过所述PSR的第二端口发送给所述偏振旋转结构，将所述第四子偏振光通过所述PSR的第三端口发送给所述调制器，其中，所述第三子偏振光和所述第四子偏振光的偏振模式相同；所述偏振旋转结构，用于将所述第三子偏振光的偏振方向旋转180度，得到旋转后的第三子偏振光，将所述旋转后的第三子偏振光发送给所述调制器；所述调制器，用于对所述旋转后的第三子偏振光进行调制，得到第一信号光，将所述第一信号光发送到所述PSR的第三端口；还用于对所述第四子偏振光进行调制，得到第二信号光，将所述第二信号光发送给所述偏振旋转结构；所述偏振旋转结构，还用于将所述第二信号光发送到所述PSR的第二端口；所述PSR，还用于将所述第一信号光和所述第二信号光进行合束，得到第四偏振光，将所述第四偏振光通过所...

【专利技术属性】
技术研发人员：梁文烨，苏长征，肖新华，方志方，
申请(专利权)人：华为技术有限公司，
类型：发明
国别省市：广东,44