时间相位解码装置和包括其的量子密钥分发系统制造方法及图纸

本发明专利技术提出时间相位解码装置和包括其的量子密钥分发系统。该时间相位解码装置包括分束器、分别经两个臂与分束器光耦合的两个偏振正交旋转反射装置、单个单光子探测器。每个反射装置包括具有第一、第二、第三和第四端口的偏振分束器，并经第一端口耦合至相应臂。偏振分束器的第二和第四端口通过第一传输光路光耦合，第一传输光路上设置有相位调制器。偏振分束器的第三端口通过第二传输光路耦合至四分之一波片反射镜。单光子探测器耦合至分束器的未耦合至所述两个臂的端口中的一个端口，用于在一个脉冲周期内对连续的三个时隙的信号进行探测。本发明专利技术的方案能抗偏振诱导衰落，且有助于消除或降低多探测器产生的安全性问题。

Time phase decoding device and quantum key distribution system including it

The invention provides a time phase decoding device and a quantum key distribution system thereof. The time phase decoding device includes a beam splitter, two polarized orthogonal rotary reflectors coupled with the beam splitter by two arms, and a single single photon detector. Each reflecting device includes a polarization beam splitter having first, second, third and fourth ports, and is coupled to the corresponding arm through the first port. The second and fourth ports of the polarization beam splitter are optically coupled through the first transmission optical path, which is provided with a phase modulator. The third port of the polarization beam splitter is coupled to a quarter wave plate reflector through a second transmission optical path. A port uncoupled to the two arms of the single photon detector coupled to the beam splitter is used for detecting signals of three consecutive time slots in one pulse period. The scheme of the invention can resist polarization induced fading, and is helpful to eliminate or reduce the safety problems generated by multiple detectors.

【技术实现步骤摘要】
时间相位解码装置和包括其的量子密钥分发系统
本专利技术涉及光传输保密通信
，尤其涉及一种时间相位解码装置和量子密钥分发系统。
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。地面量子密钥分发主要基于光纤信道传输，因为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，所以采用不等臂干涉仪进行相位编码或包含一组相位编码的时间相位编码方案是量子密钥分发应用的主要编码方案。然而，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。因此，光脉冲经长距离光纤传输以及经不等臂干涉仪两臂光纤传输后，通过不等臂干涉仪进行相位解码干涉时存在偏振诱导衰落的问题，导致解码干涉不稳定，造成误码率升高。若使用纠偏设备，会增加系统复杂度和成本，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。此外，时间相位编码量子密钥分发系统的解码通常包含时间基解码光路和相位基解码光路以分别对时间基和相位基进行选基解码探测，这需要四个探测器，系统成本高，且由于四个探测器性能存在不一致从而存在潜在的攻击漏洞。对于时间相位编码方案，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
本专利技术的主要目的在于提出一种时间相位解码装置和基于该解码装置的量子密钥分发系统，以解决时间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。并且，本专利技术使得可以使用减少数量的探测器，由此消除或降低多探测器产生的安全性问题，并可观地降低制造成本和系统复杂度。本专利技术提供至少以下技术方案：1.一种时间相位解码装置，包括：分束器、分别经两个臂与所述分束器光耦合的两个反射装置、单个单光子探测器，其中，每个所述反射装置为偏振正交旋转反射装置，所述两个反射装置中之一或每个所述反射装置包括具有第一端口、第二端口、第三端口和第四端口的偏振分束器，并经所述偏振分束器的第一端口耦合至所述两个臂中的相应臂，所述偏振分束器的第二端口和第四端口通过第一传输光路光耦合，所述第一传输光路上设置有相位调制器，所述偏振分束器的第三端口通过第二传输光路耦合至四分之一波片反射镜，所述四分之一波片反射镜包括四分之一波片和在所述四分之一波片后端与所述四分之一波片一体地形成的反射镜，其中输入所述四分之一波片的光脉冲的极化方向与所述四分之一波片的快轴或慢轴的夹角为45度；所述单光子探测器耦合至所述分束器的未耦合至所述两个臂的端口中的一个端口，用于在一个脉冲周期内对连续的第一时隙、第二时隙和第三时隙的信号进行探测，其中所述一个脉冲周期包括所述第一时隙、第二时隙和第三时隙。2.根据方案1所述的时间相位解码装置，还包括设置在所述单光子探测器与所述分束器的所述一个端口之间的光环形器，所述光环形器包括第一端口、第二端口和第三端口，所述光环形器经由其第二端口耦合至所述分束器的所述一个端口，所述光环形器经由其第三端口耦合至所述单光子探测器，其中所述光环形器的第一端口为所述时间相位解码装置的输入端口，从所述光环形器的第一端口输入的光脉冲由所述光环形器的第二端口输出至所述分束器，从所述分束器输出至所述光环形器的第二端口的光脉冲由所述光环形器的第三端口输出。3.根据方案1所述的时间相位解码装置，其中所述相位调制器随机调制0度相位或180度相位。4.一种时间相位解码装置，包括：分束器、分别经两个臂与所述分束器光耦合的两个反射装置、第一单光子探测器、第二单光子探测器和光环形器，其中，每个所述反射装置为偏振正交旋转反射装置，所述两个反射装置中之一或每个所述反射装置包括具有第一端口、第二端口、第三端口和第四端口的偏振分束器，并经所述偏振分束器的第一端口耦合至所述两个臂中的相应臂，所述偏振分束器的第二端口和第四端口通过第一传输光路光耦合，所述偏振分束器的第三端口通过第二传输光路耦合至四分之一波片反射镜，所述四分之一波片反射镜包括四分之一波片和在所述四分之一波片后端与所述四分之一波片一体地形成的反射镜，其中输入所述四分之一波片的光脉冲的极化方向与所述四分之一波片的快轴或慢轴的夹角为45度；所述光环形器包括第一端口、第二端口和第三端口，并经由其第二端口耦合至所述分束器的未耦合至所述两个臂的端口中的一个端口，所述光环形器的第一端口为所述时间相位解码装置的输入端口，由所述光环形器的第一端口输入的光脉冲由所述光环形器的第二端口输出至所述分束器，由所述分束器输出至所述光环形器的第二端口的光脉冲由所述光环形器的第三端口输出；所述第一单光子探测器耦合至所述分束器的未耦合至所述两个臂的端口中的另一个端口，用于对从所述另一个端口输出的光脉冲进行探测；所述第二单光子探测器耦合至所述光环形器的第三端口，用于对从所述光环形器的第三端口输出的光脉冲进行探测，其中，所述第一单光子探测器和第二单光子探测器中的一个在一个脉冲周期内至少对连续的第一时隙和第二时隙的信号进行探测，所述第一单光子探测器和第二单光子探测器中的另一个在一个脉冲周期内至少对连续的第二时隙和第三时隙的信号进行探测，其中所述一个脉冲周期包括所述第一时隙、第二时隙和第三时隙。5.根据方案4所述的时间相位解码装置，还包括：设置于所述两个臂中至少之一上的直流相位调制器；或者设置于至少一个包括偏振分束器的反射装置的第一传输光路或第二传输光路上的直流相位调制器。6.根据方案1或4所述的时间相位解码装置，其中，所述分束器是保偏耦合器。7.根据方案1～6中任一项所述的时间相位解码装置，其中，所述第一传输光路和/或所述第二传输光路为偏振保持光路。8.根据方案1～6中任一项所述的时间相位解码装置，其中，所述两个臂各为偏振保持光路，所述两个臂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所述的时间相位解码装置，其中，所述偏振保持光路为保偏光纤光路。10.一种量子密钥分发系统，包括：根据方案1～9中任一项所述的时间相位解码装置，其设置在所述量子密钥分发系统的接收端，用于解码。本专利技术通过创造性的构造，使得能够对任意偏振态的输入光脉冲稳定地进行编解码干涉，由此实现了意想不到的有益效果。利用本专利技术的方案，对于任意偏振态的输入光脉冲可以实现在时间相位编码量子密钥分发系统中相位基解码干涉仪处的稳定干涉输出，解决了时间相位编码量子密钥分发应用中偏振诱导衰落造成系统无法稳定工作的问题。并且，本专利技术使得可以采用减少数量的探测器(一个或两个单光子探测器)，由此消除或降低多探测器产生的安全性问题，并可观地本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种时间相位解码装置，包括：分束器、分别经两个臂与所述分束器光耦合的两个反射装置、单个单光子探测器，其中，/n每个所述反射装置为偏振正交旋转反射装置，所述两个反射装置中之一或每个所述反射装置包括具有第一端口、第二端口、第三端口和第四端口的偏振分束器，并经所述偏振分束器的第一端口耦合至所述两个臂中的相应臂，所述偏振分束器的第二端口和第四端口通过第一传输光路光耦合，所述第一传输光路上设置有相位调制器，所述偏振分束器的第三端口通过第二传输光路耦合至四分之一波片反射镜，所述四分之一波片反射镜包括四分之一波片和在所述四分之一波片后端与所述四分之一波片一体地形成的反射镜，其中输入所述四分之一波片的光脉冲的极化方向与所述四分之一波片的快轴或慢轴的夹角为45度；/n所述单光子探测器耦合至所述分束器的未耦合至所述两个臂的端口中的一个端口，用于在一个脉冲周期内对连续的第一时隙、第二时隙和第三时隙的信号进行探测，其中所述一个脉冲周期包括所述第一时隙、第二时隙和第三时隙。/n

【技术特征摘要】
1.一种时间相位解码装置，包括：分束器、分别经两个臂与所述分束器光耦合的两个反射装置、单个单光子探测器，其中，
每个所述反射装置为偏振正交旋转反射装置，所述两个反射装置中之一或每个所述反射装置包括具有第一端口、第二端口、第三端口和第四端口的偏振分束器，并经所述偏振分束器的第一端口耦合至所述两个臂中的相应臂，所述偏振分束器的第二端口和第四端口通过第一传输光路光耦合，所述第一传输光路上设置有相位调制器，所述偏振分束器的第三端口通过第二传输光路耦合至四分之一波片反射镜，所述四分之一波片反射镜包括四分之一波片和在所述四分之一波片后端与所述四分之一波片一体地形成的反射镜，其中输入所述四分之一波片的光脉冲的极化方向与所述四分之一波片的快轴或慢轴的夹角为45度；
所述单光子探测器耦合至所述分束器的未耦合至所述两个臂的端口中的一个端口，用于在一个脉冲周期内对连续的第一时隙、第二时隙和第三时隙的信号进行探测，其中所述一个脉冲周期包括所述第一时隙、第二时隙和第三时隙。


2.根据权利要求1所述的时间相位解码装置，还包括设置在所述单光子探测器与所述分束器的所述一个端口之间的光环形器，所述光环形器包括第一端口、第二端口和第三端口，所述光环形器经由其第二端口耦合至所述分束器的所述一个端口，所述光环形器经由其第三端口耦合至所述单光子探测器，其中所述光环形器的第一端口为所述时间相位解码装置的输入端口，从所述光环形器的第一端口输入的光脉冲由所述光环形器的第二端口输出至所述分束器，从所述分束器输出至所述光环形器的第二端口的光脉冲由所述光环形器的第三端口输出。


3.根据权利要求1所述的时间相位解码装置，其中所述相位调制器随机调制0度相位或180度相位。


4.一种时间相位解码装置，包括：分束器、分别经两个臂与所述分束器光耦合的两个反射装置、第一单光子探测器、第二单光子探测器和光环形器，其中，
每个所述反射装置为偏振正交旋转反射装置，所述两个反射装置中之一或每个所述反射装置包括具有第一端口、第二端口、第三端口和第四端口的偏振分束器，并经所述偏振分束器的第一端口耦合至所述两个臂中的相应臂，所述偏振分束器的第二端口和第四端口通过第一传输光路光耦合，所述偏振分束器的第三端口通过第二传输光路耦合至四分之一...

【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：发明
国别省市：北京;11