分偏振相差控制的量子密钥分发相位解码装置及相应系统制造方法及图纸

本实用新型专利技术提出一种分偏振相差控制的量子密钥分发相位解码装置及相应系统。该相位解码装置用于对任意偏振态的输入光脉冲进行相位解码，包括干涉仪。干涉仪包括分束器、第一臂、第二臂及经第一和第二臂耦合至分束器的第一合束器。该相位解码装置还具有位于干涉仪前端或位于第一和第二臂中之一上的相位调制器。至少第一臂上设置有分偏振相差控制装置，分偏振相差控制装置包括偏振分束器、两条子光路及经两条子光路耦合至偏振分束器的第二合束器。第一和第二臂及其上的光器件构造成使得输入光脉冲的两个正交偏振态各自在干涉仪中经第一和第二臂传输的相位差相差2π的整数倍。本实用新型专利技术提供了一种抗偏振诱导衰落的相位编码量子密钥分发解码方案。

Quantum Key Distribution Phase Decoding Device with Partial Polarization Phase Difference Control and Its Corresponding System

【技术实现步骤摘要】
分偏振相差控制的量子密钥分发相位解码装置及相应系统
本技术涉及光传输保密通信
，尤其涉及一种分偏振相差控制的量子密钥分发相位解码方法、装置及包括该装置的量子密钥分发系统。
技术介绍
量子保密通信技术是量子物理与信息科学相结合的前沿热点领域。基于量子密钥分发技术和一次一密密码原理，量子保密通信可在公开信道实现信息的安全传输。量子密钥分发基于量子力学海森堡不确定关系、量子不可克隆定理等物理原理，能够实现在用户之间安全地共享密钥，并可以检测到潜在的窃听行为，可应用于国防、政务、金融、电力等高安全信息传输需求的领域。目前，量子密钥分发的编码方案主要采用偏振编码和相位编码。地面量子密钥分发主要基于光纤信道传输，而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，并且光纤在实际环境中受温度、应变、弯曲等影响，会产生随机双折射效应。采用偏振编码时，受光纤随机双折射的影响，偏振编码的量子态经长距离光纤传输后到达接收端时，光脉冲偏振态会发生随机变化，造成误码率升高，导致需要增加纠偏设备，增加了系统复杂度和成本，且对于架空光缆、路桥光缆等强干扰情况难以实现稳定应用。相比偏振编码，相位编码采用前后光脉冲的相位差来编码信息，在长距离光纤信道传输过程中能够稳定保持。然而对于相位编码方案，在干涉解码时，因传输光纤和编解码干涉仪光纤双折射的影响，存在偏振诱导衰落的问题，导致解码干涉不稳定。同样，若增加纠偏设备，虽然只需要对一种偏振态进行纠偏，但也会增加系统复杂度和成本。对于量子密钥分发相位编码方案，如何稳定高效地进行干涉解码是基于现有光缆基础设施进行量子保密通信应用的热点和难题。
技术实现思路
本技术的主要目的在于提出一种分偏振相差控制的量子密钥分发相位解码方法和装置，以解决相位编码量子密钥分发应用中偏振诱导衰落引起的相位解码干涉不稳定的难题。本技术提供至少以下技术方案：1.一种分偏振相差控制的量子密钥分发相位解码装置，用于对入射的任意偏振态的一路输入光脉冲进行相位解码，其特征在于，所述相位解码装置包括干涉仪，所述干涉仪包括分束器、第一合束器以及与所述分束器光耦合并与所述第一合束器光耦合的第一臂和第二臂，其中所述分束器经所述第一臂和第二臂耦合至所述第一合束器，所述相位解码装置还具有位于所述干涉仪前端或位于所述第一臂和第二臂中至少之一上的相位调制器，其中至少所述第一臂上设置有分偏振相差控制装置，所述分偏振相差控制装置包括偏振分束器、第二合束器以及与所述偏振分束器光耦合并与所述第二合束器光耦合的两条子光路，其中所述偏振分束器经所述两条子光路耦合至所述第二合束器，其中所述第一臂和第二臂及其上的光器件构造成使得所述输入光脉冲的两个正交偏振态各自在所述干涉仪中经所述第一臂和第二臂传输的相位差相差2π的整数倍。2.根据方案1所述的分偏振相差控制的量子密钥分发相位解码装置，其特征在于，所述第一臂和第二臂为保偏光纤光路，所述第一臂和第二臂上的光器件为偏振保持光器件和/或非双折射光器件。3.根据方案1所述的分偏振相差控制的量子密钥分发相位解码装置，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第一臂和第二臂中的任一臂上；和/或双折射相位调制器，所述双折射相位调制器位于所述第一臂和第二臂中的任一臂上。4.根据方案1所述的分偏振相差控制的量子密钥分发相位解码装置，其特征在于，所述相位调制器包括：位于所述干涉仪前端的相位调制器；或位于所述第二臂上的相位调制器；或在所述偏振分束器之前设置在所述第一臂上的相位调制器，或在所述第二合束器之后设置在所述第一臂上的相位调制器，或分别位于所述两条子光路上的两个相位调制器。5.根据方案1所述的分偏振相差控制的量子密钥分发相位解码装置，其特征在于，所述两条子光路中的至少一条子光路上设置有光纤移相器或相位调制器。6.根据方案1所述的分偏振相差控制的量子密钥分发相位解码装置，其特征在于，所述干涉仪采用不等臂马赫-曾德尔干涉仪的结构；或者所述干涉仪采用不等臂迈克尔逊干涉仪的结构，所述干涉仪的分束器和第一合束器为同一器件，所述干涉仪还包括：位于所述第一臂上的第一反射镜，用于将来自所述干涉仪的分束器的经所述第一臂传输来的光脉冲反射回所述第一合束器；位于所述第二臂上的第二反射镜，用于将来自所述干涉仪的分束器的经所述第二臂传输来的光脉冲反射回所述第一合束器。7.根据方案6所述的分偏振相差控制的量子密钥分发相位解码装置，其特征在于，所述分偏振相差控制装置采用马赫-曾德尔光路的结构；或者所述分偏振相差控制装置采用迈克尔逊光路的结构，所述偏振分束器和第二合束器为同一器件，所述分偏振相差控制装置还包括两个反射镜，其中所述两个反射镜中的一个位于所述两条子光路中的一条子光路上，用于将来自所述偏振分束器的经所述一条子光路传输来的光脉冲反射回所述第二合束器；所述两个反射镜中的另一个位于所述两条子光路中的另一条子光路上，用于将来自所述偏振分束器的经所述另一条子光路传输来的光脉冲反射回所述第二合束器，其中所述干涉仪采用不等臂迈克尔逊干涉仪的结构，所述两个反射镜之一为所述第一反射镜。8.根据方案1～6中任一所述的分偏振相差控制的量子密钥分发相位解码装置，其特征在于，所述第二合束器为保偏耦合器或偏振合束器。9.一种量子密钥分发系统，其特征在于，所述量子密钥分发系统包括：根据方案1～8中任一所述的分偏振相差控制的量子密钥分发相位解码装置，其设置在所述量子密钥分发系统的接收端，用于相位解码；和/或根据方案1～8中任一所述的分偏振相差控制的量子密钥分发相位解码装置，其设置在所述量子密钥分发系统的发射端，用于相位编码。利用本技术的方案，可实现多个优点。例如，本技术通过控制输入光脉冲的两个正交偏振态各自在不等臂干涉仪的两臂中传输的相位差之差，实现这两个正交偏振态同时在输出端口有效干涉输出，具备环境干扰免疫的相位基解码功能，从而使得能够实现稳定的环境干扰免疫的相位编码量子密钥分发解决方案。另外，通过对沿干涉仪的至少一臂传输的光脉冲进行偏振分集处理，使得能够对该光脉冲的两个正交偏振态独立地进行相位控制，从而更容易实现输入光脉冲的两个正交偏振态各自在不等臂干涉仪的两臂中传输的相位差之差满足要求(即，为2π的整数倍)。本技术提供了一种方便可行的抗偏振诱导衰落的量子密钥分发解码方案。此外，本技术对相位解码装置采用的干涉仪的类型没有约束，可使用最常用的不等臂马赫-曾德尔型干涉仪，使光脉冲在解码时只需经过一次相位调制器，由此有利于减小接收端的插入损耗、提高系统效率。附图说明图1为本技术一优选实施例的分偏振相差控制的量子密钥分发相位解码方法的流程图；图2为本技术一优选实施例的分偏振相差控制的量子密钥分发相位解码装置的组成结构示意图；图3为本技术另一优选实施例的分偏振相差控制的量子密钥分发相位解码装置的组成结构示意图；图4为本技术另一优选实施例的分偏振相差控制的量子密钥分发相位解码装置的组成结构示意图；图5为本技术另一优选实施例的分偏振相差控制的量子密钥分发相位解码装置的组成结构示意图。具体实施方式下面结合附图来具体描述本技术的优选实施例，其中，附图构成本申请一部分，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种分偏振相差控制的量子密钥分发相位解码装置，用于对入射的任意偏振态的一路输入光脉冲进行相位解码，其特征在于，所述相位解码装置包括干涉仪，所述干涉仪包括分束器、第一合束器以及与所述分束器光耦合并与所述第一合束器光耦合的第一臂和第二臂，其中所述分束器经所述第一臂和第二臂耦合至所述第一合束器，所述相位解码装置还具有位于所述干涉仪前端或位于所述第一臂和第二臂中至少之一上的相位调制器，其中至少所述第一臂上设置有分偏振相差控制装置，所述分偏振相差控制装置包括偏振分束器、第二合束器以及与所述偏振分束器光耦合并与所述第二合束器光耦合的两条子光路，其中所述偏振分束器经所述两条子光路耦合至所述第二合束器，其中所述第一臂和第二臂及其上的光器件构造成使得所述输入光脉冲的两个正交偏振态各自在所述干涉仪中经所述第一臂和第二臂传输的相位差相差2π的整数倍。

【技术特征摘要】
1.一种分偏振相差控制的量子密钥分发相位解码装置，用于对入射的任意偏振态的一路输入光脉冲进行相位解码，其特征在于，所述相位解码装置包括干涉仪，所述干涉仪包括分束器、第一合束器以及与所述分束器光耦合并与所述第一合束器光耦合的第一臂和第二臂，其中所述分束器经所述第一臂和第二臂耦合至所述第一合束器，所述相位解码装置还具有位于所述干涉仪前端或位于所述第一臂和第二臂中至少之一上的相位调制器，其中至少所述第一臂上设置有分偏振相差控制装置，所述分偏振相差控制装置包括偏振分束器、第二合束器以及与所述偏振分束器光耦合并与所述第二合束器光耦合的两条子光路，其中所述偏振分束器经所述两条子光路耦合至所述第二合束器，其中所述第一臂和第二臂及其上的光器件构造成使得所述输入光脉冲的两个正交偏振态各自在所述干涉仪中经所述第一臂和第二臂传输的相位差相差2π的整数倍。2.根据权利要求1所述的分偏振相差控制的量子密钥分发相位解码装置，其特征在于，所述第一臂和第二臂为保偏光纤光路，所述第一臂和第二臂上的光器件为偏振保持光器件和/或非双折射光器件。3.根据权利要求1所述的分偏振相差控制的量子密钥分发相位解码装置，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第一臂和第二臂中的任一臂上；和/或双折射相位调制器，所述双折射相位调制器位于所述第一臂和第二臂中的任一臂上。4.根据权利要求1所述的分偏振相差控制的量子密钥分发相位解码装置，其特征在于，所述相位调制器包括：位于所述干涉仪前端的相位调制器；或位于所述第二臂上的相位调制器；或在所述偏振分束器之前设置在所述第一臂上的相位调制器，或在所述第二合束器之后设置在所述第一臂上的相位调制器，或分别位于所述两条子光路上的两个相位调制器。5.根据权利要求1所述的分偏振相差控制的量子密钥分发相位解码装置，其特征在于，所述两条...

【专利技术属性】
技术研发人员：许华醒，
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：新型
国别省市：北京,11