用于光通信的偏振编码装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术公开了一种用于光通信的偏振编码装置，其使用方法包括将待编码的光脉冲分成具有相同偏振态的两个光脉冲部分的步骤，在所述两个光脉冲部分之间调制出相位差△φ的步骤，以及使具有所述相位差△φ的两个光脉冲部分具有彼此正交的偏振态，并耦合输出一路偏振光的步骤，其中，耦合输出的所述偏振光的偏振态与所述相位差△φ有关。本实用新型专利技术的一种用于实现上述方法的偏振编码装置。相比于现有技术，本实用新型专利技术的方法和装置具有结构简单、可软硬件控制、灵活性好等优点，能够满足高速通信系统对速率和带宽的要求。

Polarization Coding Device for Optical Communication

The utility model discloses a polarization encoding device for optical communication, which comprises the steps of dividing the optical pulse to be encoded into two optical pulse parts with the same polarization state, the steps of modulating the phase difference (?) between the two optical pulse parts, and the steps of making the two optical pulse parts with the phase difference (?) have orthogonal polarization states and coupling with each other. The step of outputting a single polarized light, in which the polarization state of the coupled output polarized light is related to the phase difference [phi]. The polarization coding device of the utility model is used for realizing the above method. Compared with the existing technology, the method and device of the utility model have the advantages of simple structure, hardware and software control, good flexibility, etc., and can meet the requirements of high-speed communication system for speed and bandwidth.

【技术实现步骤摘要】
用于光通信的偏振编码装置
本技术涉及光通信领域，具体涉及用于经典光通信和量子通信的偏振编码装置。
技术介绍
在当代的光通信领域中，可以大致分为经典通信和量子保密通信两个分支。量子保密通信是当代通信技术的主要发展方向，由于其有着经典通信无可比拟的巨大优势，从原理上保证保密通信的绝对安全性，因此是当今各国科研工作者争相研究的热点。其中，应用最广泛和成熟的方向是量子密钥分发方向。由量子力学的量子不可复制等基本原理保证，量子密钥分发通过“一次一密”的加密方式，将信息在国防单位、政府机关、科研单位和金融机构等之间传输。而对于光通信来说，无论是经典通信，还是量子密钥分发，都需要对光进行编码操作，使其承载编码的比特信息，以此来传递信息。在诸多编码方案中，偏振编码无疑是最早提出也是应用最广泛的编码方案。例如，在最初的量子密钥分发协议中，即，1984年Bennett-Brassard提出的BB84方案中就包含了偏振编码方案。在这种偏振编码方案中，通过偏振编码的方式将信息编码为光子的偏振态，不同的偏振态对应不同的比特信息。对于经典通信和量子保密通信来说，偏振编码方案由于结构简单，调制方便，至今仍然是最重要的编码方案之一。偏振编码方案一般分为被动和主动两类调制方式。在所谓的被动调制方式中，多是采用诸如偏振分束器、分束器、玻片等无源器件来进行偏振调制。因此，采用被动调制方式的编码系统会有较快的运行速度，但是其结构也较为复杂，且对调制器件的安全性和稳定性要求很高。例如采用具有不同偏振方向的独立光源的方式来调制出四种偏振态的话，则需要至少四个不同偏振的独立光源(常用方法为每路光源对应手动偏振控制器，再结合偏振分束器和分束器将各路光信号耦合到同一信道中)，且这四路独立光源除了偏振态的不同之外，在其他方面需要保持高度的一致性，以免编码信息由光源的不同特性而泄漏。如果采用偏振分束器的方式来实现四种偏振态的调制的话，则通常需要设置两级分束器将同一个光源输出的信号光分成四路光信号，每一路光信号再经过光开关、手动偏振控制器产生特定的偏振态，然后再经过偏振分束器和合束器耦合为一路。采用这种方式实现的偏振方案虽然减少了光源的数量，但是与前一种调制方式同样不可避免的是，光路中的各种分束器件本身可能与波长相关，由此可能会导致信息泄漏。因此对这些器件需要严格的校准。在所谓的主动调制方式中，常常是将诸如偏振控制器或相位调制器等有源器件与Sagnac干涉仪结合使用来进行偏振调制。因此，采用主动调制方式的编码系统可以具有可软硬件控制、灵活性好等优点。常用的偏振控制器件包括泡克尔斯盒、KDP晶体等。这类偏振控制器件可以直接对光进行调制，虽然作用方式简单直接，但是这些晶体的半波电压较高(例如，泡克尔斯盒的半波电压达到千伏)或者调制带宽有限，使得不能实现快速编码，这显然难以满足当今高速通信系统的需求。图1示出了现有技术的一种采用主动偏振调制方案的偏振编码装置。如图所示，偏振编码装置包括偏振控制器、相位调制器和Sagnac干涉仪。在该装置中，光源输出的光经过偏振控制器(PC)，偏振控制器将输入光的偏振方向调制为45度。经偏振控制器输出的光经单模保偏光纤进入Sagnac干涉仪。Sagnac干涉仪包括保偏偏振分束器(PBS)和Sagnac环路。输入干涉仪的45度偏振的光经偏振分束器分成两个偏振分量，这两个偏振分量分别沿顺时针和逆时针经过相同环路后返回PBS并从PBS输出。干涉仪输出的光再经过一个环形器后输出。设置在Sagnac环路中的相位调制器仅对某个方向传输的光脉冲分量进行调制，而对另一个分量不作用，从而调节两个分量之间的相对相位，实现能够借助干涉仪实现偏振调制。这种主动调制方案利用Sagnac环来补偿相位变化，偏振调制的效果较好，且性能稳定，但是其对电子学调制的精度和光路的校准要求很高。例如，这种方案要求将输入光的偏振方向精确地调制为45度，电子学调制信号要与光脉冲信号到达相位调制器的时间关系稳定而准确，使得光路稳定性要求较高，电子学调制难度较高。而从时间维度上来看，由于电子学调制只针对其中一个方向的光脉冲，在另一方向的光脉冲到达时需要及时撤掉，这使得在确保电调制信号准确而稳定的情况下，系统速率不可太高，限制了带宽，难以满足高速通信系统的要求。
技术实现思路
针对现有技术中的上述解决方案中存在不足，本技术提出了一种用于光通信(尤其是量子通信)的偏振编码装置，其可以实现装置结构简单、可软硬件控制、灵活性好等优点，并且偏振控制器件对控制信号幅度要求不太高，可以满足高速通信系统对速率和带宽的要求，同时对光路和电子学信号的延时控制不太高，可以提供简便的操作。本技术的一个方面涉及一种用于光通信的偏振编码装置，其可以包括光源1和偏振调制单元2，其中，所述光源1输出用于待编码的光脉冲，所述偏振调制单元2用于对所述光脉冲进行偏振编码且包括等臂干涉仪和相位调制单元25。所述等臂干涉仪可以包括保偏分束单元21、第一臂22、第二臂23和保偏偏振分束单元24。所述保偏分束单元21用于将所述光脉冲分为两个光脉冲部分。所述第一臂和所述第二臂分别用于保偏地传播所述两个光脉冲部分，且具有相同的光程。所述相位调制单元25被设置用于在所述两个光脉冲部分之间调制出相位差△φ；以及所述保偏偏振分束单元24包括第一输入端、第二输入端和输出端，且被设置成经由所述第一和第二输入端接收所述具有相位差△φ的两个光脉冲部分，以及将其耦合并经由所述输出端输出一路偏振光，其中所述第一输入端和所述第二输入端被设置成分别对准于所述输出端的快轴和慢轴。所述保偏分束单元21可以被设置成关于光脉冲快轴或者慢轴截止。优选地，所述相位调制单元为相位调制器，以便能够通过电子调制信号对所述两个光脉冲部分之间的相位差△φ进行调制。所述光脉冲保偏地从所述光源1传播至所述偏振调制单元2。优选地，所述相位差△φ可以为0、π/2、π、3π/2之一。优选地，由所述保偏偏振分束单元24输出的所述偏振光可以具有|H>、|V>、|P>、|N>中的一种偏振态。偏振编码装置还可以包括强度调制单元3，用于对所述光脉冲部分进行强度调制。优选地，所述强度调制单元3可以为可调衰减器。或者优选地，所述强度调制单元3可以被设置成使得在所述保偏偏振分束单元24的所述第一输入端和所述第二输入端处，所述两个光脉冲部分具有相同的强度。本技术的另一方面涉及一种用于光通信的偏振编码方法，其包括以下步骤。步骤一：将待编码的光脉冲分成具有相同偏振态的两个光脉冲部分。步骤二：在所述两个光脉冲部分之间调制出相位差△φ。以及步骤三：使具有所述相位差△φ的两个光脉冲部分具有彼此正交的偏振态，并耦合输出一路偏振光，其中，耦合输出的所述偏振光的偏振态与所述相位差△φ有关。在该方法中，所述光脉冲部分以保偏的方式传播。在步骤二中，所述光脉冲部分仅存在于相位调制器的快轴或者慢轴中。优选地，在所述步骤二中，所述相位差△φ可以为0、π/2、π、3π/2中的一个。优选地，在所述步骤三中，所述偏振光的偏振态可以为|H>、|V>、|P>、|N>之一。所述步骤三还可以包括使所述两个光脉冲部分分别经由保偏偏振分束单元的两个输入端进入所述保偏偏振本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于光通信的偏振编码装置，其包括光源(1)和偏振调制单元(2)，其中，所述光源(1)输出用于待编码的光脉冲，所述偏振调制单元(2)用于对所述光脉冲进行偏振编码且包括等臂干涉仪和相位调制单元(25)，其特征在于：所述等臂干涉仪包括保偏分束单元(21)、第一臂(22)、第二臂(23)和保偏偏振分束单元(24)；所述保偏分束单元(21)用于将所述光脉冲分为两个光脉冲部分；所述第一臂(22)和所述第二臂(23)分别用于保偏地传播所述两个光脉冲部分，且具有相同的光程；所述相位调制单元(25)被设置用于在所述两个光脉冲部分之间调制出相位差△φ；以及所述保偏偏振分束单元(24)包括第一输入端、第二输入端和输出端，且被设置成经由所述第一和第二输入端接收所述具有相位差△φ的两个光脉冲部分，以及将其耦合并经由所述输出端输出一路偏振光，其中所述第一输入端和所述第二输入端被设置成分别对准于所述输出端的快轴和慢轴。

【技术特征摘要】
1.一种用于光通信的偏振编码装置，其包括光源(1)和偏振调制单元(2)，其中，所述光源(1)输出用于待编码的光脉冲，所述偏振调制单元(2)用于对所述光脉冲进行偏振编码且包括等臂干涉仪和相位调制单元(25)，其特征在于：所述等臂干涉仪包括保偏分束单元(21)、第一臂(22)、第二臂(23)和保偏偏振分束单元(24)；所述保偏分束单元(21)用于将所述光脉冲分为两个光脉冲部分；所述第一臂(22)和所述第二臂(23)分别用于保偏地传播所述两个光脉冲部分，且具有相同的光程；所述相位调制单元(25)被设置用于在所述两个光脉冲部分之间调制出相位差△φ；以及所述保偏偏振分束单元(24)包括第一输入端、第二输入端和输出端，且被设置成经由所述第一和第二输入端接收所述具有相位差△φ的两个光脉冲部分，以及将其耦合并经由所述输出端输出一路偏振光，其中所述第一输入端和所述第二输入端被设置成分别对准于所述输出端的快轴和慢轴。2.如权利要求1所述的偏振编码装置，其中，所述保偏分束单元(21)被设置成关...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈腾云，方啸天，潘建伟，
申请(专利权)人：中国科学技术大学，
类型：新型
国别省市：安徽,34