基于相位调制QKD偏振态制备装置和方法制造方法及图纸

本申请提供一种基于相位调制QKD偏振态制备装置及方法，所述装置包括等臂干涉仪，从而避免了系统频率有上限的问题，使得基于相位调制QKD偏振态制备装置具有高速的特点。而通过在Alice端增加光电检测模块和相位调节模块，其中，光电检测模块检测干涉仪的干涉信号，发送给相位调节模块，相位调节模块根据干涉信号，对干涉仪的相位进行调节，以调制QKD偏振态，制备QKD偏振态的相位被实时补偿并反馈，减弱甚至消除制备QKD偏振态过程中的相位偏差和漂移。

Preparation device and method of QKD polarization state based on phase modulation

【技术实现步骤摘要】
基于相位调制QKD偏振态制备装置和方法
本专利技术涉及通信
，尤其涉及一种基于相位调制QKD偏振态制备装置和方法。
技术介绍
量子密钥分发(QuantumKeyDistribution，QKD)与经典密钥体系的根本不同在于其采用单个光子或纠缠光子对作为密钥的载体，由量子力学的基本原理保证了该过程的不可窃听、不可破译性，从而提供了一种更为安全的密钥体系。基于相位调制的偏振态制备主要原理为：通过将光脉冲分为相互垂直的|H＞和|V＞两个分量，再调节两个分量光脉冲的相位差对于特定的可获得特定的偏振态，如分别取为0，π/2，π和3π/2时，对应获得P、R、N和L偏振态。其中P偏振态为45°线偏振态，N偏振态为135°线偏振态，R为右旋圆偏振态，L为左旋圆偏振态。P和N为相互正交的偏振态；R和L为相互正交的偏振态，且均满足量子通信BB84协议的要求。对于一般的光路，由于环境温度、振动等因素的影响，往往存在相位漂移，为避免该问题，现有技术一提出了一种基于sagnac(萨格纳克)环的相位自稳定方案，但是该方案中QKD系统的频率存在上限值(GHz左右)，无法进一步提高QKD系统频率。现有技术二提出了基于马赫曾德等臂干涉仪(Mach-Zehnderinterferometer)的相位调制偏振态制备的方案，该方案能够大大提高QKD系统频率，但是并未采取相位稳定措施，同样存在相位漂移的问题。现有技术三中，提出了基于马赫曾德等臂干涉仪的相位调制偏振态制备的方案，并且提出了在接收端(Bob)通过微调相位调制器电压来进行偏振畸变的补偿，但是该方案存在响应速度慢、补偿方法复杂等缺点，且由于不在发送端(Alice)本地进行校准也存在安全隐患。也即现有技术中的方案，没有响应速度快、补偿方法简单的相位补偿方案，以解决马赫曾德干涉仪的QKD偏振态制备存在相位偏差和漂移的问题。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术提供一种基于相位调制QKD偏振态制备装置和方法，以解决现有技术中QKD偏振态制备装置和方法具有相位偏差和漂移的问题。为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：一种基于相位调制QKD偏振态制备装置，包括：光源模块，用于产生信号光；等臂干涉仪，所述等臂干涉仪包括第一臂和第二臂，以及位于所述第一臂或所述第二臂中的相位调制器，和位于所述第一臂或所述第二臂中的移相器；所述等臂干涉仪接收所述信号光，并输出QKD偏振态；还包括：光电检测模块，用于检测所述等臂干涉仪的干涉现象，并输出干涉信号；相位调节模块，用于根据所述干涉信号，对所述等臂干涉仪的相位进行调节，以调制所述QKD偏振态。同时，还提供一种基于相位调制QKD偏振态制备方法，应用于上面所述的基于相位调制QKD偏振态制备装置中，所述QKD偏振态制备方法包括：等臂干涉仪接收调节光的注入，所述等臂干涉仪包括第一臂和第二臂，以及相位调制器和移相器，所述相位调制器位于所述第一臂或所述第二臂中，所述移相器位于所述第一臂或所述第二臂中；所述等臂干涉仪将所述调节光发送至光电检测模块；所述光电检测模块接收所述调节光，得到干涉信号；相位调节模块接收所述干涉信号，对所述等臂干涉仪的相位进行调节，用于QKD偏振态制备。经由上述的技术方案可知，本申请提供一种基于相位调制QKD偏振态制备装置及方法，所述装置包括等臂马赫曾德干涉仪，从而避免了系统频率有上限的问题，使得基于相位调制QKD偏振态制备装置具有高速的特点。而通过在Alice端增加光电检测模块和相位调节模块，其中，光电检测模块检测等臂马赫曾德干涉仪的干涉信号，发送给相位调节模块，相位调节模块根据干涉信号，对等臂马赫曾德干涉仪的相位进行调节，以调制QKD偏振态，制备QKD偏振态的相位被实时补偿并反馈，减弱甚至消除制备QKD偏振态过程中的相位偏差和漂移。特别需要说明的是，本专利技术中的反馈在发射端(Alice)本地使用光电检测模块和相位调节模块，能够进行本地(Alice端)快速反馈和校准，校准操作满足QKD安全要求，并且装置简单可靠。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。图1为本专利技术实施例提供的一种基于相位调制QKD偏振态制备装置的整体思想结构示意图；图2为本专利技术的一个实施例提供的一种基于相位调制QKD偏振态制备相位反馈原理图；图3为本专利技术的一个实施例提供的一种基于相位调制QKD偏振态制备相位校准原理图；图4为本专利技术的一个同时具备相位反馈和相位校准的相位调制QKD偏振态制备的原理图；图5为本专利技术实施例提供的一种反馈光与信号光同向注入到等臂马赫曾德干涉中的结构示意图；图6为本专利技术的一个实施例提供的一种基于相位调制QKD偏振态制备相位反馈方法流程图；图7为本专利技术实施例提供的一种光电检测模块结构示意图；图8为本专利技术实施例提供的另一种光电检测模块结构示意图；图9为本专利技术实施例提供的一种反馈光与信号光反向注入到等臂马赫曾德干涉中的结构示意图；图10为本专利技术实施例提供的另一种反馈光与信号光反向注入到等臂马赫曾德干涉中的结构示意图；图11为本专利技术反向注入实施例提供的一种光电检测模块示意图；图12为本专利技术反向注入实施例提供的另一种光电检测模块示意图；图13为本专利技术实施例信号光和反馈光分时复用时的偏振态制备装置示意图；图14为信号光和反馈光分时复用示意图；图15为信号光和反馈光分时复用时的时序控制图；图16为本专利技术实施例提供的一种校准光与信号光同向注入到等臂马赫曾德干涉中的结构示意图；图17为本专利技术的一个实施例提供的一种基于相位调制QKD偏振态制备相位校准方法流程图。具体实施方式正如
技术介绍
部分所述，现有技术中的方案没有响应速度快、补偿方法简单的相位补偿方案，以解决马赫曾德干涉仪的QKD偏振态制备存在相位偏差和漂移的问题。专利技术人发现出现上述问题的原因是，具有相位自稳定的sagnac环，频率存在上限，频率较低；而马赫曾德等臂干涉仪相位调制偏振态制备方案，对系统的频率没有限制，但是由于制造工艺、环境的影响，两臂之间存在相位差以及随时间变化，而现有技术中没有相位稳定措施，即使有，也是在接收端(Bob)通过微调相位调制器电压来进行偏振畸变的补偿，并不是在发射端Alice端的本地进行反馈的，由于Bob端相位检测功能采用单光子探测器，发射端Alice端不能发送过强的反馈光，以及探测器计数率有饱和计数的上限，所以存在响应速度慢，补偿方法复杂等缺点。专利技术人进一步研究发现，基于相位调制QKD偏振态制备装置存在相位偏差的原因是：等臂马赫曾本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于相位调制QKD偏振态制备装置，包括：/n光源模块，用于产生信号光；/n等臂干涉仪，所述等臂干涉仪包括第一臂和第二臂，以及位于所述第一臂或所述第二臂中的相位调制器，和位于所述第一臂或所述第二臂中的移相器；/n所述等臂干涉仪接收所述信号光，并输出QKD偏振态；/n其特征在于，还包括：/n光电检测模块，用于检测所述等臂干涉仪的干涉现象，并输出干涉信号；/n相位调节模块，用于根据所述干涉信号，对所述等臂干涉仪的相位进行调节，以调制所述QKD偏振态。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于相位调制QKD偏振态制备装置，包括：
光源模块，用于产生信号光；
等臂干涉仪，所述等臂干涉仪包括第一臂和第二臂，以及位于所述第一臂或所述第二臂中的相位调制器，和位于所述第一臂或所述第二臂中的移相器；
所述等臂干涉仪接收所述信号光，并输出QKD偏振态；
其特征在于，还包括：
光电检测模块，用于检测所述等臂干涉仪的干涉现象，并输出干涉信号；
相位调节模块，用于根据所述干涉信号，对所述等臂干涉仪的相位进行调节，以调制所述QKD偏振态。


2.根据权利要求1所述的基于相位调制QKD偏振态制备装置，其特征在于，所述相位调节模块为相位反馈模块；；
所述相位反馈模块与所述移相器相连；
所述相位反馈模块根据所述干涉信号，对所述移相器上加载的电压进行调节，以使所述等臂干涉仪的第一臂和第二臂的相位差为零或2π的整数倍。


3.根据权利要求1所述的基于相位调制QKD偏振态制备装置，其特征在于，所述相位调节模块为相位校准模块；所述相位校准模块与所述相位调制器相连；
所述相位校准模块根据所述干涉信号，对所述相位调制器上施加的标称调制电压进行微调，进而得到校准后的相位调制电压，加载在所述相位调制器上，对所述等臂干涉仪进行相位稳定。


4.根据权利要求1所述的基于相位调制QKD偏振态制备装置，其特征在于，所述相位调节模块包括相位校准模块和相位反馈模块；所述相位校准模块与所述等臂干涉仪中的相位调制器相连；
所述相位校准模块根据所述干涉信号，对所述相位调制器上施加的标称调制电压进行微调，进而得到校准后的相位调制电压，加载在所述相位调制器上，对所述等臂干涉仪进行相位稳定；
所述相位反馈模块与所述等臂干涉仪中的移相器相连；
所述相位反馈模块根据所述干涉信号，对所述移相器上加载的电压进行调节，以使所述等臂干涉仪的第一臂和第二臂的相位差为零或2π的整数倍。


5.根据权利要求1-4任意一项所述的基于相位调制QKD偏振态制备装置，其特征在于，所述光电检测模块包括一个光电管。


6.根据权利要求5所述的基于相位调制QKD偏振态制备装置，其特征在于，还包括偏振控制器和偏振分束器；
所述偏振控制器、偏振分束器和所述光电管沿光束传输方向依次设置。


7.根据权利要求1-4任意一项所述的基于相位调制QKD偏振态制备装置，其特征在于，所述光电检测模块包括第一光电管和第二光电管。


8.根据权利要求7所述的基于相位调制QKD偏振态制备装置，其特征在于，还包括偏振控制器和偏振分束器；
其中，所述偏振控制器接收由所述等臂干涉仪接收并传递的调节光，所述调节光经过所述偏振控制器后注入所述偏振分束器，所述偏振分束器将所述调节光分束为透射光和反射光并输出；
所述透射光输出至所述第一光电管，经过所述第一光电管将透射光信号转换为第一电信号；
所述反射光输出至所述第二光电管，经过所述第二光电管将反射光信号转换为第二电信号。


9.一种基于相位调制QKD偏振态制备方法，其特征在于，应用于权利要求1-8任意一项所述的基于相位调制QKD偏振态制备装置中，所述QKD偏振态制备方法包括：
等臂干涉仪接收调节光的注入，所述等臂干涉仪包括第一臂和第二臂，以及相位调制器和移相器，所述相位调制器位于所述第一臂或所述第二臂中，所述移相器位于所述第一臂或所述第二臂中；
所述等臂干涉仪将所述调节光发送至光电检测模块；
所述光电检测模块接收所述调节光，得到干涉信号；
相位调节模块接收所述干涉信号，对所述等臂干涉仪的相位进行调节，用于QKD偏振态制备。


10.根据权利要求9所述的基于相位调制QKD偏振态制备方法，其特征在于，当所述基于相位调制QKD偏振态制备装置中包含相位反馈模块时，所述制备方法包括：
等臂干涉仪接收反馈光的注入，所述等臂干涉仪包括第一臂和第二臂，以及相位调制器和移相器；
所述等臂干涉...

【专利技术属性】
技术研发人员：汤艳琳，许穆岚，李东东，
申请(专利权)人：科大国盾量子技术股份有限公司，
类型：发明
国别省市：安徽;34