量子密钥分发相位编解码器、相应的编解码装置及系统制造方法及图纸

本实用新型专利技术提出量子密钥分发相位编解码器及相应的编解码装置和系统。该相位编解码器包括：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，两个反射装置中之一或每个反射装置包括具有输入端口和两个输出端口的偏振分束器，并经该输入端口耦合至相应的臂，每个偏振分束器的两个输出端口经传输光路耦合，包括偏振分束器的反射装置在传输光路上设置有相位调制器和半波片，输入半波片的光脉冲的极化方向与半波片的快轴或慢轴的夹角为45度。本实用新型专利技术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，解决了相位编码及时间比特‑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，同时干涉仪处的损耗减小。

【技术实现步骤摘要】
量子密钥分发相位编解码器、相应的编解码装置及系统
本技术涉及光传输保密通信
，尤其涉及一种基于偏振正交旋转反射的量子密钥分发相位编解码器、包括该相位编解码器的相应编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，所以基于不等臂干涉仪的相位编码和时间比特-相位编码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。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。对于量子密钥分发相位编码以及时间比特-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基于偏振正交旋转反射的量子密钥分发相位编解码器、包括该相位编解码器的相应编解码装置和量子密钥分发系统，以解决相位编码以及时间比特-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，同时减小干涉仪处的损耗。本技术提供至少以下技术方案：1.一种量子密钥分发相位编解码器，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，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输入端口和两个输出端口的偏振分束器，并经所述偏振分束器的输入端口耦合至所述两个臂中的相应臂，其中每个偏振分束器的两个输出端口经传输光路彼此光耦合，至少一个包括偏振分束器的反射装置在其传输光路上设置有半波片，输入所述半波片的光脉冲的极化方向与所述半波片的快轴或慢轴的夹角为45度，并且至少一个包括偏振分束器的反射装置在其传输光路上设置有相位调制器。2.根据方案1所述的相位编解码器，其中，所述两个反射装置为相同构造的偏振正交旋转反射装置，或为不同构造的偏振正交旋转反射装置。3.根据方案1所述的相位编解码器，其中，所述传输光路为偏振保持光路。4.根据方案1所述的相位编解码器，其中，所述分束器是保偏分束器。5.根据方案1所述的相位编解码器，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。6.一种直流调制量子密钥分发相位编解码装置，包括前置分束器和两个根据方案1-5中任一所述的相位编解码器，两个所述相位编解码器分别经两条子光路光耦合至所述前置分束器，其中每个所述相位编解码器的分束器的未耦合至该相位编解码器的所述两个臂的端口之一光耦合至所述两条子光路中的相应子光路，每条所述子光路上设置有一个光环形器，其中所述相位调制器是直流相位调制器。7.一种量子密钥分发时间比特-相位编解码装置，包括前置分束器和一个根据方案1-5中任一所述的相位编解码器，所述相位编解码器经一条子光路光耦合至所述前置分束器，其中所述相位编解码器的分束器的未耦合至所述两个臂的端口之一光耦合至所述一条子光路。8.一种直流调制量子密钥分发时间比特-相位编解码装置，包括前置分束器和一个根据方案1-5中任一所述的相位编解码器，所述相位编解码器经一条子光路光耦合至所述前置分束器，其中所述相位编解码器的分束器的未耦合至所述两个臂的端口之一光耦合至所述一条子光路，其中所述一条子光路上设置有一个光环形器，所述相位调制器是直流相位调制器。9.根据方案7或8所述的编解码装置，还包括经另一条子光路耦合至所述前置分束器的分束器。10.一种量子密钥分发系统，包括：根据方案1～5中任一所述的相位编解码器或根据方案6～9中任一所述的编解码装置，其设置在所述量子密钥分发系统的接收端，用于解码；和/或根据方案1～5中任一所述的相位编解码器或根据方案6～9中任一所述的编解码装置，其设置在所述量子密钥分发系统的发射端，用于编码。本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。利用本技术的方案，对于任意偏振态的输入光脉冲可以实现在相位解码干涉仪处的稳定干涉输出，解决了相位编码以及时间比特-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。另外，由于相位调制器置于干涉仪的反射装置中，光脉冲只需传输经过相位调制器一次，从而减小了干涉仪处的损耗。本技术提供了一种易于实现和应用的高效的抗偏振诱导衰落的相位编码以及时间比特-相位编码量子密钥分发解码方案。附图说明图1为本技术一优选实施例的基于偏振正交旋转反射的量子密钥分发相位编解码器的组成结构示意图；图2为本技术另一优选实施例的基于偏振正交旋转反射的量子密钥分发相位编解码器的组成结构示意图；图3为可用于本技术的相位编解码器的一种偏振正交旋转反射装置的组成结构示意图；图4为可用于本技术的相位编解码器的另一种偏振正交旋转反射装置的组成结构示意图；图5为可用于本技术的相位编解码器的另一种偏振正交旋转反射装置的组成结构示意图；图6为本技术一优选实施例的基于偏振正交旋转反射的直流调制量子密钥分发相位编解码装置的组成结构示意图；图7为本技术一优选实施例的基于偏振正交旋转反射的量子密钥分发时间比特-相位编解码装置的组成结构示意图；图8为本技术一优选实施例的基于偏振正交旋转反射的直流调制量子密钥分发时间比特-相位编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，并与本技术的实施例一起用于阐释本技术的原理。为了清楚和简化目的，当其可能使本技术的主题模糊不清时，对本文所描述的器件的已知功能和结构的详细具体说明将省略。本技术一优选实施例的基于本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种量子密钥分发相位编解码器，其特征在于，所述量子密钥分发相位编解码器包括：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，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输入端口和两个输出端口的偏振分束器，并经所述偏振分束器的输入端口耦合至所述两个臂中的相应臂，其中每个偏振分束器的两个输出端口经传输光路彼此光耦合，至少一个包括偏振分束器的反射装置在其传输光路上设置有半波片，输入所述半波片的光脉冲的极化方向与所述半波片的快轴或慢轴的夹角为45度，并且至少一个包括偏振分束器的反射装置在其传输光路上设置有相位调制器。/n

【技术特征摘要】
1.一种量子密钥分发相位编解码器，其特征在于，所述量子密钥分发相位编解码器包括：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，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输入端口和两个输出端口的偏振分束器，并经所述偏振分束器的输入端口耦合至所述两个臂中的相应臂，其中每个偏振分束器的两个输出端口经传输光路彼此光耦合，至少一个包括偏振分束器的反射装置在其传输光路上设置有半波片，输入所述半波片的光脉冲的极化方向与所述半波片的快轴或慢轴的夹角为45度，并且至少一个包括偏振分束器的反射装置在其传输光路上设置有相位调制器。


2.根据权利要求1所述的相位编解码器，其特征在于，所述两个反射装置为相同构造的偏振正交旋转反射装置，或为不同构造的偏振正交旋转反射装置。


3.根据权利要求1所述的相位编解码器，其特征在于，所述传输光路为偏振保持光路。


4.根据权利要求1所述的相位编解码器，其特征在于，所述分束器是保偏分束器。


5.根据权利要求1所述的相位编解码器，其特征在于，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。


6.一种直流调制量子密钥分发相位编解码装置，其特征在于，所述直流调制量子密钥分发相位编解码装置包括前置分束器和两个根据权利要求1-5中任一项所述的相位编解码器，两个所述相位编解码器分别经两条子光路光耦合至所述前置分束器，其中每个所述相位编解码器的分束器的未耦合至该相位编解码器...

【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