一种相位解码方法、装置和量子密钥分发系统制造方法及图纸

本发明专利技术提出了一种相位解码方法、装置和量子密钥分发系统。该方法包括：将入射的任意偏振态的一路输入光脉冲分束为两路光脉冲分别在两条光路上传输，以及将两路光脉冲进行相对延时后合束输出，其中对分束前的光脉冲或者在分束至合束的过程中至少对分束得到的两路光脉冲中之一按照量子密钥分发协议进行相位调制，并且控制输入光脉冲的两个正交偏振态各自在分束至合束的过程中经两条光路传输的相位差相差2π的整数倍。本发明专利技术可有效解决光脉冲偏振态随机变化对系统稳定性产生的影响，实现抗环境干扰的稳定相位解码。此外，本发明专利技术可采用不等臂马赫‑曾德尔干涉仪，光脉冲在解码时只需经过一次相位调制器，减小了接收端的插入损耗，提高了系统效率。

A Phase Decoding Method, Device and Quantum Key Distribution System

The invention provides a phase decoding method, device and quantum key distribution system. The method includes: splitting one input optical pulse of an incident arbitrary polarization state into two optical pulses which propagate in two optical paths respectively, and combining the two optical pulses with relative delay, in which one of the two optical pulses obtained before splitting or at least during splitting to combining is phase modulated according to the quantum key distribution protocol. The phase difference between the two orthogonal polarization states of the input optical pulse is controlled by an integer multiple of 2 pi in the process of splitting and combining. The invention can effectively solve the influence of the random change of the polarization state of the optical pulse on the stability of the system and realize the stable phase decoding against environmental interference. In addition, the invention can adopt an unequal arm Mach Zehnder interferometer, and the optical pulse only passes through a phase modulator once when decoding, thus reducing the insertion loss of the receiving end and improving the system efficiency.

【技术实现步骤摘要】
一种相位解码方法、装置和量子密钥分发系统
本专利技术涉及光传输保密通信
，尤其涉及一种相位解码方法、装置和量子密钥分发系统。
技术介绍
基于量子密钥分发技术和一次一密密码原理，量子保密通信在公开信道可实现信息的安全传输，并逐步走向应用。对于以不等臂干涉仪为基础的相位编码量子密钥分发系统，在光脉冲经光纤量子信道传输的过程中，因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，以及光纤在实际环境中受温度、应变、弯曲等影响而产生双折射效应，光脉冲在到达接收端时的偏振态会发生随机变化，造成相位解码干涉仪输出结果不稳定，并且此现象随着光纤距离的增加恶化明显。在现有技术中提出了一种不等臂法拉第-迈克尔逊干涉仪，其可使光脉冲在受到光纤信道随机双折射及源于此的偏振态变化的影响时，仍保持干涉结果稳定输出。但是，这种干涉仪损耗大，其中相位调制器的插损是引起较大损耗的主要因素之一。具体而言，当相位调制器置于干涉仪的一臂时，光脉冲由于来回传输会经过相位调制器两次，从而造成干涉仪的损耗较大，系统效率偏低。
技术实现思路
本专利技术的主要目的在于提出一种相位解码方法、装置和量子密钥分发系统，用以解决相位编码量子密钥分发应用中因前述的偏振态变化而导致的接收端干涉输出结果不稳定的问题。本专利技术提供至少以下技术方案：1.一种相位解码方法，其特征在于，所述方法包括：将入射的任意偏振态的一路输入光脉冲分束为两路光脉冲；分别在两条光路上传输所述两路光脉冲，并将所述两路光脉冲进行相对延时后合束输出，其中，对分束前的所述输入光脉冲或者在分束至合束的过程中对所述两路光脉冲中的至少一路光脉冲按照量子密钥分发协议进行相位调制，并且其中，控制所述输入光脉冲的两个正交偏振态各自在分束至合束的过程中经所述两条光路传输的相位差相差2π的整数倍。2.根据方案1所述的相位解码方法，其特征在于，所述两条光路包括对于所述两个正交偏振态存在双折射的光路，和/或所述两条光路上具有对于所述两个正交偏振态存在双折射的光器件，其中所述控制所述输入光脉冲的两个正交偏振态各自在分束至合束的过程中经所述两条光路传输的相位差相差2π的整数倍包括：分别保持这两个正交偏振态各自在分束至合束的过程中在所述两条光路上传输时偏振态不变；以及调整存在双折射的光路的长度和/或存在双折射的光器件的双折射大小，使得这两个正交偏振态各自在分束至合束的过程中经所述两条光路传输的相位差相差2π的整数倍。3.根据方案1或2所述的相位解码方法，其特征在于，将所述两条光路配置为自由空间光路，将所述两条光路上的光器件配置为非双折射光器件和/或偏振保持光器件。4.根据方案1或2所述的相位解码方法，其特征在于，将所述两条光路配置为保偏光纤光路，将所述两条光路上的光器件配置为非双折射光器件和/或偏振保持光器件。5.根据方案2～4中任一所述的相位解码方法，其特征在于，在所述两条光路中的至少一条光路上配置保偏光纤拉伸器和/或双折射相位调制器，其中通过所述保偏光纤拉伸器和/或所述双折射相位调制器调整所述输入光脉冲的两个正交偏振态各自在分束至合束的过程中经所述两条光路传输的相位差之差。6.一种相位解码装置，其特征在于，所述相位解码装置包括：分束器；合束器；以及与所述分束器光耦合并与所述合束器光耦合的两条光路，其中所述分束器前端或者所述两条光路中的至少一条光路上具有一个相位调制器，所述分束器用于将入射的任意偏振态的一路输入光脉冲分束为两路光脉冲；所述两条光路用于分别传输所述两路光脉冲，并用于实现所述两路光脉冲的相对延时；所述相位调制器用于对经其所在的光路传输的分束前的所述入射的任意偏振态的一路输入光脉冲或者所述两路光脉冲中至少之一按照量子密钥分发协议进行相位调制；所述合束器用于将所述两路光脉冲合束输出，其中所述两条光路及其上的光器件被构造成使得，所述输入光脉冲的两个正交偏振态各自在分束至合束的过程中经所述两条光路传输的相位差相差2π的整数倍。7.根据方案6所述的相位解码装置，其特征在于，所述两条光路为自由空间光路，所述两条光路上的光器件为非双折射光器件和/或偏振保持光器件。8.根据方案6所述的相位解码装置，其特征在于，所述两条光路为保偏光纤光路，所述两条光路上的光器件为偏振保持光器件和/或非双折射光器件。9.根据方案7或8所述的相位解码装置，其特征在于，所述相位解码装置还包括：保偏光纤拉伸器，所述保偏光纤拉伸器位于所述两条光路中的任一光路上，用于调节其所在的光路的保偏光纤长度；和/或双折射相位调制器，所述双折射相位调制器位于所述两条光路中的任一光路上，用于对通过其的光脉冲的两个正交偏振态施加不同的可调的相位调制。10.根据方案6所述的相位解码装置，其特征在于，所述相位解码装置采用不等臂马赫-曾德尔干涉仪或不等臂迈克尔逊干涉仪的结构。11.根据方案6或8或10所述的相位解码装置，其特征在于，所述相位解码装置采用不等臂马赫-曾德尔干涉仪的结构，所述两条光路为保偏光纤光路，其中所述两条光路的保偏光纤长度之差为保偏光纤拍长的整数倍。12.根据方案6或8或10所述的相位解码装置，其特征在于，所述相位解码装置采用不等臂迈克尔逊干涉仪的结构，所述两条光路为保偏光纤光路，其中所述两条光路的保偏光纤长度之差为保偏光纤拍长的一半的整数倍。13.根据方案6或10所述的相位解码装置，其特征在于，所述相位解码装置采用不等臂迈克尔逊干涉仪的结构，所述合束器与所述分束器为同一器件，所述相位解码装置还包括：两个反射镜，所述两个反射镜分别位于所述两条光路上，分别用于将来自所述分束器的经所述两条光路传输来的所述两路光脉冲反射回所述合束器，其中所述不等臂迈克尔逊干涉仪的输入端口和输出端口为同一端口，所述相位解码装置还包括：光环形器，所述光环形器位于所述分束器前端，所述入射的任意偏振态的一路输入光脉冲从所述光环形器的第一端口输入并从所述光环形器的第二端口输出至所述分束器，来自所述合束器的合束输出被输入至所述光环形器的第二端口并从所述光环形器的第三端口输出。14.一种量子密钥分发系统，其特征在于，包括：单光子源、相位编码器、量子信道、单光子探测器和方案6～13中任一所述的相位解码装置，所述单光子源用于产生单光子光脉冲；所述相位编码器用于对所述单光子源产生的单光子光脉冲按照量子密钥分发协议进行相位编码；所述量子信道用于传输单光子光脉冲；所述相位解码装置用于按照量子密钥分发协议对经所述量子信道传输来的单光子光脉冲进行相位解码，其中经所述量子信道传输来的单光子光脉冲作为所述入射的任意偏振态的一路输入光脉冲；所述单光子探测器用于对所述相位解码装置输出的单光子光脉冲进行检测，并根据检测结果以及量子密钥分发协议进行量子密钥分发，其中所述相位解码装置输出的单光子光脉冲为来自所述合束器的合束输出。15.根据方案14所述的量子密钥分发系统，其特征在于，所述相位编码器采用方案6～13中任一所述的相位解码装置。如前所述，通常，光脉冲经光纤量子信道传输时，会因环境影响导致传输至接收端的光脉冲的偏振态产生随机变化，影响量子保密通信系统工作稳定性。本专利技术可有效解决输入光脉冲偏振态随机变化对系统稳定性产生的影响，实现传输光纤环境干扰免疫的稳定相位解码。此外，本专利技术对相位解码装置采本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种相位解码方法，其特征在于，所述方法包括：将入射的任意偏振态的一路输入光脉冲分束为两路光脉冲；分别在两条光路上传输所述两路光脉冲，并将所述两路光脉冲进行相对延时后合束输出，其中，对分束前的所述输入光脉冲或者在分束至合束的过程中对所述两路光脉冲中的至少一路光脉冲按照量子密钥分发协议进行相位调制，并且其中，控制所述输入光脉冲的两个正交偏振态各自在分束至合束的过程中经所述两条光路传输的相位差相差2π的整数倍。

【技术特征摘要】
1.一种相位解码方法，其特征在于，所述方法包括：将入射的任意偏振态的一路输入光脉冲分束为两路光脉冲；分别在两条光路上传输所述两路光脉冲，并将所述两路光脉冲进行相对延时后合束输出，其中，对分束前的所述输入光脉冲或者在分束至合束的过程中对所述两路光脉冲中的至少一路光脉冲按照量子密钥分发协议进行相位调制，并且其中，控制所述输入光脉冲的两个正交偏振态各自在分束至合束的过程中经所述两条光路传输的相位差相差2π的整数倍。2.根据权利要求1所述的相位解码方法，其特征在于，所述两条光路包括对于所述两个正交偏振态存在双折射的光路，和/或所述两条光路上具有对于所述两个正交偏振态存在双折射的光器件，其中所述控制所述输入光脉冲的两个正交偏振态各自在分束至合束的过程中经所述两条光路传输的相位差相差2π的整数倍包括：分别保持这两个正交偏振态各自在分束至合束的过程中在所述两条光路上传输时偏振态不变；以及调整存在双折射的光路的长度和/或存在双折射的光器件的双折射大小，使得这两个正交偏振态各自在分束至合束的过程中经所述两条光路传输的相位差相差2π的整数倍。3.根据权利要求1或2所述的相位解码方法，其特征在于，将所述两条光路配置为自由空间光路，将所述两条光路上的光器件配置为非双折射光器件和/或偏振保持光器件。4.根据权利要求1或2所述的相位解码方法，其特征在于，将所述两条光路配置为保偏光纤光路，将所述两条光路上的光器件配置为非双折射光器件和/或偏振保持光器件。5.根据权利要求2～4中任一项所述的相位解码方法，其特征在于，在所述两条光路中的至少一条光路上配置保偏光纤拉伸器和/或双折射相位调制器，其中通过所述保偏光纤拉伸器和/或所述双折射相位调制器调整所述输入光脉冲的两个正交偏振态各自在分束至合束的过程中经所述两条光路传输的相位差之差。6.一种相位解码装置，其特征在于，所述相位解码装置包括：分束器；合束器；以及与所述分束器光耦合并与所述合束器光耦合的两条光路，其中所述分束器前端或者所述两条光路中的至少一条光路上具有一个相位调制器，所述分束器用于将入射的任意偏振态的一路输入光脉冲分束为两路光脉冲；所述两条光路用于分别传输所述两路光脉冲，并用于实现所述两路光脉冲的相对延时；所述相位调制器用于对经其所在的光路传输的分束前的所述入射的任意偏振态的一路输入光脉冲或者所述两路光脉冲中至少之一按照量子密钥分发协议进行相位调制；所述合束器用于将所述两路光脉冲合束输出，其中所述两条光路及其上的光器件被构造成使得，所述输入光脉冲的两个正交偏振态各自在分束至合束的过程中经所述两条光路传输的相位差相差2π的整数倍。7.根据权利要求6所述的相位解码装置，其特征在于，所述两条光路为自由空间光路，所述两条光路上的光器件为非双折射光器件和/或偏振保持光器件。8.根据权利要求...

【专利技术属性】
技术研发人员：许华醒，莫小范，程旭升，
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：发明
国别省市：北京,11