一种QKD的信号产生装置及信号产生方法制造方法及图纸

一种QKD的信号产生装置及信号产生方法，涉及量子密钥分发领域，装置包括：脉冲激光器，其用于产生光脉冲；第一强度调制器，调节接收光脉冲的强度；第二强度调制器，用于通过调节光强度，按比例分光给其上路和下路两个输出端口；上路快速相位调制器，用于将输入其中的光场增加第一相位因子后输出；下路快速相位调制器，用于将输入其中的光场增加第二相位因子后输出；偏振合成器件，用于将上路快速相位调制器和下路快速相位调制器的光合束输出，使上路快速相位调制器的光形成偏振态的TE模能量分量，下路快速相位调制器的光形成偏振态的TM模能量分量。该信号产生装置实现DV‑QKD和CV‑QKD的发端信号产生。

【技术实现步骤摘要】
一种QKD的信号产生装置及信号产生方法
本专利技术涉及量子密钥分发领域，具体来讲涉及一种QKD的信号产生装置及信号产生方法。
技术介绍
量子密钥分发(QuantumKeyDistribution，QKD)，是一种利用量子物理原理，在通信双方之间的信道里传输和建立保密的对称随机数的技术。该技术可以和现有的对称式密钥加密设备结合，实现量子保密通信。当前的商用QKD产品中，以BB84协议为代表的离散变量量子密钥分发(DV-QKD)，和以GG02协议为代表的连续变量量子密钥分发(CV-QKD)为主流。用于产生DV-QKD的信号的装置，所利用到的物理载体的自由度，为单个光脉冲的偏振状态里的TE(横电场)模式和TM(横磁场)模式，或者两个不重叠的时间位置(Time-Bin)模式，对应的DV-QKD实现方式则分别对应的称为偏振态编码和时间-相位编码。以TE/TM模式为例，它们定义了单个物理载体的二元量子态由图1的Bloch球的球面上的南极点和北极点来表示。BB84协议需要DV-QKD发射端，可以准确的产生对应Bloch球面分别和Z轴、X轴、Y轴相交的共6个相交点的量子态：以及用于产生CV-QKD的信号的装置，所利用到的物理载体的自由度，为单个光脉冲的正则分量x和p，如图2所示。{x,p}和相干光通信中的{I,Q}分量是等同的定义，并且和光场的表达式E＝|E|*cos(ω*t+Θ)当中的振幅|E|和初始相位角Θ存在关系：x＝|E|*cos(Θ)，p＝|E|*sin(Θ)。执行了GG02协议的CV-QKD系统，需要每个周期内发送的x或p的值，都是来自一个平均值为0且给定方差的高斯随机分布；执行了QPSK(m-PSK)协议的CV-QKD系统，需要每个周期内发送的{x,p}在坐标系里的点的集合，围绕原点形成一个圆环，环上相邻两个点的相位差值为π/2(2π/m)。现有的技术中，产生DV-QKD的信号和产生CV-QKD的信号的装置不同，无法通过一种装置产生不同QKD信号，导致采购QKD发端功能芯片的成本较高。
技术实现思路
针对现有技术中存在的缺陷，本专利技术的目的在于提供一种QKD的信号产生装置及信号产生方法，采用同一个信号产生装置，实现DV-QKD和CV-QKD的发端信号产生。为达到以上目的，一方面，采取一种QKD的信号产生装置，包括：脉冲激光器，其用于产生光脉冲；第一强度调制器，调节接收光脉冲的强度；第二强度调制器，用于通过调节光强度，按比例分光给其上路和下路两个输出端口；上路快速相位调制器，与上路输出端口相连，用于将输入其中的光场增加第一相位因子后输出；下路快速相位调制器，与下路输出端口相连，用于将输入其中的光场增加第二相位因子后输出；偏振合成器件，用于将上路快速相位调制器和下路快速相位调制器的光合束输出，使上路快速相位调制器的光形成偏振态的TE模能量分量，下路快速相位调制器的光形成偏振态的TM模能量分量。优选的，所述装置还包括：上路可调衰减器，设置于上路快速相位调制器和偏振合成器件之间，同于控制来自上路快速相位调制器的光场强度的衰减；下路可调衰减器，设置于下路快速相位调制器和偏振合成器件之间，同于控制来自下路快速相位调制器的光场强度的衰减。优选的，所述偏振合成器件是二维光栅，或者是偏振合束器。另一方面，提供一种基于QKD的信号产生装置的DV-QKD的偏振态编码信号产生方法，包括：为第一强度调制器设置至少三种不同的驱动电压，分别对应调节Z轴、X轴和Y轴上量子态的偏振态编码信号；通过调节第二强度调制器的驱动电压，根据第二强度调制器的两个输出端口之一最大通光，上路快速相位调制器和下路快速相位调制器的不加载驱动电压，获得Z轴上量子态的偏振态编码信号；通过调节第二强度调制器的驱动电压，使第二强度调制器的输入端口到上路输出端口、以及第二强度调制器的输入端口到下路输出端口达到等比例通光，调节上路快速相位调制器和下路快速相位调制器的加载电压；根据下路快速相位调制器输出光相对于上路快速相位调制器输出光增加相位的不同角度，获得X轴和Y轴上量子态的偏振态编码信号，且增加的角度为或其倍数。优选的，采用不同驱动电压中第一种驱动电压调节第一强度调制器，调节第二强度调制器的驱动电压，使第二强度调制器的输入端口到上路输出端口达到最大通光，上路快速相位调制器和下路快速相位调制器均不加载电压，获得量子态|0>的偏振态编码信号。优选的，采用不同驱动电压中的第二种调节第一强度调制器，调节第二强度调制器的驱动电压，使第二强度调制器的输入端口到下路输出端口达到最大通光，上路快速相位调制器和下路快速相位调制器均不加载电压，获得量子态|1>偏振态编码信号。优选的，采用不同驱动电压中的第三种调节第一强度调制器，调节第二强度调制器的驱动电压，使第二强度调制器的输入端口到上路输出端口、以及第二强度调制器的输入端口到下路输出端口达到等比例通光，调节上路快速相位调制器和下路快速相位调制器的加载电压；当下路快速相位调制器输出光和上路快速相位调制器输出光相位相同时，获得量子态的偏振态编码信号；当下路快速相位调制器输出光，相对于上路快速相位调制器输出光增加相位π时，获得量子态的偏振态编码信号。优选的，采用不同驱动电压中的第三种调节第一强度调制器，调节第二强度调制器的驱动电压，使第二强度调制器的输入端口到上路输出端口、以及第二强度调制器的输入端口到下路输出端口达到等比例通光，调节上路快速相位调制器和下路快速相位调制器的加载电压；当下路快速相位调制器输出光，相对于上路快速相位调制器输出光增加相位时，获得量子态偏振态信号；当下路快速相位调制器输出光，相对于上路快速相位调制器输出光增加相位时，获得量子态偏振态信号。另一方面，提供一种基于QKD的信号产生装置的CV-QKD的单偏振高斯调制{x,p}信号产生方法，包括：为第一强度调制器提供其产生振幅大小为瑞利分布的驱动电压；调节第二强度调制器的驱动电压，使第二强度调制器的输入端口到上路输出端口达到最大通光；下路快速相位调制器不加载电压；调节上路快速相位调制器的驱动电压，使上路快速相位调制器产生0～2π区间均匀分布的相位值，相位值的个数等于2^n，且n为模数转换的位数。另一方面，提供一种基于QKD的信号产生装置的CV-QKD的双偏振m-PSK调制{x,p}信号产生方法，包括：为第一强度调制器提供最大通光的驱动电压；调节第二强度调制器的驱动电压，使第二强度调制器的输入端口到上路输出端口、以及第二强度调制器的输入端口到下路输出端口达到等比例通光；分别调节上路快速相位调制器和下路快速相位调制器的驱动电压，使上路快速相位调制器和下路快速相位调制器分别产生0～2π区间均匀分布的相位值，且相位值的个数等于m。上述技术方案中的一个具有如下有益效果：QKD的信号产生装置基于共享的有源光学元件，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种QKD的信号产生装置，其特征在于，包括：/n脉冲激光器，其用于产生光脉冲；/n第一强度调制器，调节接收光脉冲的强度；/n第二强度调制器，用于通过调节光强度，按比例分光给其上路和下路两个输出端口；/n上路快速相位调制器，与上路输出端口相连，用于将输入其中的光场增加第一相位因子后输出；/n下路快速相位调制器，与下路输出端口相连，用于将输入其中的光场增加第二相位因子后输出；/n偏振合成器件，用于将上路快速相位调制器和下路快速相位调制器的光合束输出，使上路快速相位调制器的光形成偏振态的TE模能量分量，下路快速相位调制器的光形成偏振态的TM模能量分量。/n

【技术特征摘要】
1.一种QKD的信号产生装置，其特征在于，包括：
脉冲激光器，其用于产生光脉冲；
第一强度调制器，调节接收光脉冲的强度；
第二强度调制器，用于通过调节光强度，按比例分光给其上路和下路两个输出端口；
上路快速相位调制器，与上路输出端口相连，用于将输入其中的光场增加第一相位因子后输出；
下路快速相位调制器，与下路输出端口相连，用于将输入其中的光场增加第二相位因子后输出；
偏振合成器件，用于将上路快速相位调制器和下路快速相位调制器的光合束输出，使上路快速相位调制器的光形成偏振态的TE模能量分量，下路快速相位调制器的光形成偏振态的TM模能量分量。


2.如权利要求1所述的QKD的信号产生装置，其特征在于，所述装置还包括：
上路可调衰减器，设置于上路快速相位调制器和偏振合成器件之间，同于控制来自上路快速相位调制器的光场强度的衰减；
下路可调衰减器，设置于下路快速相位调制器和偏振合成器件之间，同于控制来自下路快速相位调制器的光场强度的衰减。


3.如权利要求1所述的QKD的信号产生装置，其特征在于，所述偏振合成器件是二维光栅，或者是偏振合束器。


4.一种基于权利要求1所述QKD的信号产生装置的DV-QKD的偏振态编码信号产生方法，其特征在于，包括：
为第一强度调制器设置至少三种不同的驱动电压，分别对应调节Z轴、X轴和Y轴上量子态的偏振态编码信号；
通过调节第二强度调制器的驱动电压，根据第二强度调制器的两个输出端口之一最大通光，上路快速相位调制器和下路快速相位调制器的不加载驱动电压，获得Z轴上量子态的偏振态编码信号；
通过调节第二强度调制器的驱动电压，使第二强度调制器的输入端口到上路输出端口、以及第二强度调制器的输入端口到下路输出端口达到等比例通光，调节上路快速相位调制器和下路快速相位调制器的加载电压；根据下路快速相位调制器输出光相对于上路快速相位调制器输出光增加相位的不同角度，获得X轴和Y轴上量子态的偏振态编码信号，且增加的角度为或其倍数。


5.如权利要求4所述的DV-QKD的偏振态编码信号产生方法，其特征在于，采用不同驱动电压中第一种驱动电压调节第一强度调制器，调节第二强度调制器的驱动电压，使第二强度调制器的输入端口到上路输出端口达到最大通光，上路快速相位调制器和下路快速相位调制器均不加载电压，获得量子态|0>的偏振态编码信号。


6.如权利要求4所述的DV-QKD的偏振态编码信号产生方法，其特征在于，采用不同驱动电压中的第二种调...

【专利技术属性】
技术研发人员：钱懿，胡晓，王磊，肖希，
申请(专利权)人：武汉邮电科学研究院有限公司，武汉光谷信息光电子创新中心有限公司，
类型：发明
国别省市：湖北;42