相位编码方法、相位编码装置和量子密钥分发系统制造方法及图纸

一种相位编码方法、装置和量子密钥分发系统，该方法包括：将入射的一路输入光脉冲分束为经由第一子光路和第二子光路传输的两路传输子光脉冲；在两路传输子光脉冲相对延时后使用合束器将其合束为经由两个输出端口输出的两路输出光脉冲；使用光开关随机选择两路输出光脉冲中的一路输出光脉冲或另一路输出光脉冲进行输出；使用相位调制器对所述两路传输子光脉冲中的至少一路传输子光脉冲或者对所述光开关输出的输出光脉冲中的至少一个输出子光脉冲随机进行两种相位调制中的一种相位调制。本发明专利技术的方法能够实现四种相位调制，并且相位调制器驱动电路只需产生四分之一波电压输出，降低了相位调制器驱动电路输出电压要求，易于实现高速相位调制。

【技术实现步骤摘要】
相位编码方法、相位编码装置和量子密钥分发系统
本专利技术涉及光传输保密通信
，具体涉及使用两相位调制的相位编码方法、相位编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。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。实际的量子密钥分发系统主要采用BB84协议或者演变的BB84协议，相位编码需要随机产生四种不同相位(如0度、90度、180度和270度)，一般的做法是通过数字模拟转换器(DAC)产生四种不同的电压来驱动电光相位调制器编码出相应的四种相位值。不过，仍亟需提供一种能够降低相位调制器驱动电路的输出电压的高速量子密钥分发系统。
技术实现思路
为实现上述目的至少之一，本专利技术提供了如下的相位编码方法和装置以及相应的量子密钥分发系统。一方面，本专利技术提供了一种相位编码方法，其特征在于，所述方法包括：将入射的一路输入光脉冲分束为经由第一子光路和第二子光路传输的两路传输子光脉冲；在所述两路传输子光脉冲相对延时后使用合束器将所述两路传输子光脉冲合束为经由两个输出端口输出的两路输出光脉冲，所述两路输出光脉冲中的每一路输出光脉冲均为前后相邻的一对输出子光脉冲；使用光开关接收所述两路输出光脉冲并且随机选择所述两路输出光脉冲中的一路输出光脉冲或另一路输出光脉冲进行输出；在分束后经由第一子光路和第二子光路传输两路传输子光脉冲期间或者在所述光开关之后，使用相位调制器对所述两路传输子光脉冲中的至少一路传输子光脉冲或者对所述光开关输出的输出光脉冲中的至少一个输出子光脉冲随机进行两种相位调制中的一种相位调制，所述两种相位调制所调制的相位相差九十度。有利地，在上述的相位编码方法中，通过随机选择所述两路输出光脉冲中的至少一路输出光脉冲进行输出，再通过两相位调制方式能够最终达到四种相位调制，而相位调制器只需调制四分之一波电压输出，因此能够降低相位调制器驱动电路的输出电压，另外，相比直接通过四种电压调制相位调制器产生四种相位，两相位调制仅需要调制两种电平的电压，能够实现高速相位调制。优选的，所述使用相位调制器对所述两路传输子光脉冲中的至少一路传输子光脉冲或者对所述光开关输出的输出光脉冲中的至少一个输出子光脉冲随机进行两种相位调制中的一种相位调制，包括：对所述至少一路传输子光脉冲或者对所述至少一个输出子光脉冲随机进行0度或90度相位调制。优选的，当所述相位调制器使用0度相位调制时，所述光开关输出的一路输出光脉冲为0度相位编码，所述光开关输出的另一路输出光脉冲为180度相位编码；或者当所述相位调制器使用90度相位调制时，所述光开关输出的所述一路输出光脉冲为90度相位编码，所述光开关输出的所述另一路输出光脉冲为270度相位编码。优选的，所述方法还包括：控制在分束与合束过程中的光脉冲的偏振态，使所述两路输出光脉冲的偏振态相同。优选的，所述控制在分束与合束过程中的光脉冲的偏振态，包括：在分束与合束的过程中采用保偏器件，使光脉冲在分束与合束的过程中偏振态保持不变。另一方面，本专利技术提供一种相位编码装置，其特征在于，所述装置包括：分束器、合束器、光开关和相位调制器，其中，所述分束器被配置为将入射的一路输入光脉冲分束为经由第一子光路和第二子光路传输的两路传输子光脉冲；所述合束器被配置为在所述两路传输子光脉冲相对延时后将所述两路传输子光脉冲合束为经由两个输出端口输出的两路输出光脉冲，所述两路输出光脉冲中的每一路输出光脉冲均为前后相邻的一对输出子光脉冲；所述光开关被配置为接收所述两路输出光脉冲并且随机选择所述两路输出光脉冲中的一路输出光脉冲或另一路输出光脉冲进行输出；所述相位调制器被设置位于分束器后的所述第一子光路和第二子光路中的至少一个子光路上，或者位于光开关输出端口相连的光路上，所述相位调制器被配置为对所述两路传输子光脉冲中的至少一路传输子光脉冲，或者对所述光开关输出的输出光脉冲中的至少一个输出子光脉冲随机进行两种相位调制中的一种相位调制，所述两种相位调制所调制的相位相差九十度。优选的，所述相位调制器被进一步配置用于对所述至少一路传输子光脉冲或者对所述光开关输出的输出光脉冲中的至少一个输出子光脉冲随机进行0度或90度相位调制。优选的，当所述相位调制器使用0度相位调制时，所述光开关输出的一路输出光脉冲为0度相位编码的前后相邻的一对输出子光脉冲，所述光开关输出的另一路输出光脉冲为180度相位编码的前后相邻的一对输出子光脉冲；或者当所述相位调制器使用90度相位调制时，所述光开关输出的所述一路输出光脉冲为90度相位编码的前后相邻的一对输出子光脉冲，所述光开关输出的所述另一路输出光脉冲为270度相位编码的前后相邻的一对输出子光脉冲。优选的，所述分束器、所述合束器以及在分束与合束相关的光路中的器件为偏振保持光器件。优选的，所述相位编码装置采用不等臂马赫-曾德尔干涉仪或者不等臂迈克尔逊干涉仪的光路结构。优选的，在所述相位编码装置采用不等臂迈克尔逊干涉仪的光路结构时，所述分束器和所述合束器为同一器件，所述分束器具有第一输入端口、第二输入端口、第一输出端口和第二输出端口，所述相位编码装置还包括：光环形器和两个反射镜，其中，所述两个反射镜分别设置位于所述分束器的与所述第一输出端口和第二输出端口相连的两条子光路上，并且被配置为将所述两条子光路上传输的两路传输子光脉冲分别反射回到所述分束器；所述分束器的所述第一输入端口被设置用于接收所述入射的一路输入光脉冲，所述光环形器被设置位于所述分束器的与所述第一输入端口相连的光路上；所述光环形器具有第一端口、第二端口和第三端口，从所述第一端口输入的光脉冲经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经由所述光环形器的第三端口输出至所述光开关的两个输入端口之一，从所述分束器的第二输入端口输出的光脉冲被传输至所述光开关的两个输入端口中的另一个。再一方面，本专利技术还提供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上述任一项所述的相位编码装置。采用上述技术方案，本专利技术的相位编码装置和量子密钥分发系统至少具有以下优点：通过使用相位调制器对所述两路传输子光脉冲中的至少一路传输子光脉冲或者对所述两路输出光脉冲中的至少一个输出光脉冲随机进行两种相位调制中的一种相位调制，并且使用光开关随机选择合束器的两路输出光脉冲中的任何一路输出光脉冲或另一路输出光脉冲进行输出，能够轻易实本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种相位编码方法，其特征在于，所述方法包括：/n将入射的一路输入光脉冲分束为经由第一子光路和第二子光路传输的两路传输子光脉冲；/n在所述两路传输子光脉冲相对延时后使用合束器将所述两路传输子光脉冲合束为经由两个输出端口输出的两路输出光脉冲，所述两路输出光脉冲中的每一路输出光脉冲均为前后相邻的一对输出子光脉冲；/n使用光开关接收所述两路输出光脉冲并且随机选择所述两路输出光脉冲中的一路输出光脉冲或另一路输出光脉冲进行输出；/n在分束后经由第一子光路和第二子光路传输两路传输子光脉冲期间或者对所述光开关输出的输出光脉冲中的至少一个输出子光脉冲随机进行两种相位调制中的一种相位调制，所述两种相位调制所调制的相位相差九十度。/n

【技术特征摘要】
1.一种相位编码方法，其特征在于，所述方法包括：
将入射的一路输入光脉冲分束为经由第一子光路和第二子光路传输的两路传输子光脉冲；
在所述两路传输子光脉冲相对延时后使用合束器将所述两路传输子光脉冲合束为经由两个输出端口输出的两路输出光脉冲，所述两路输出光脉冲中的每一路输出光脉冲均为前后相邻的一对输出子光脉冲；
使用光开关接收所述两路输出光脉冲并且随机选择所述两路输出光脉冲中的一路输出光脉冲或另一路输出光脉冲进行输出；
在分束后经由第一子光路和第二子光路传输两路传输子光脉冲期间或者对所述光开关输出的输出光脉冲中的至少一个输出子光脉冲随机进行两种相位调制中的一种相位调制，所述两种相位调制所调制的相位相差九十度。


2.根据权利要求1所述的相位编码方法，其特征在于，使用所述相位调制器随机进行两种相位调制中的一种相位调制，包括：
对所述至少一路传输子光脉冲或者对所述光开关输出的输出光脉冲中的至少一个输出子光脉冲随机进行0度或90度相位调制。


3.根据权利要求1或2所述的相位编码方法，其特征在于，
当所述相位调制器使用0度相位调制时，所述光开关输出的一路输出光脉冲为0度相位编码的前后相邻的一对输出子光脉冲，所述光开关输出的另一路输出光脉冲为180度相位编码的前后相邻的一对输出子光脉冲；或者
当所述相位调制器使用90度相位调制时，所述光开关输出的所述一路输出光脉冲为90度相位编码的前后相邻的一对输出子光脉冲，所述光开关输出的所述另一路输出光脉冲为270度相位编码的前后相邻的一对输出子光脉冲。


4.根据权利要求1所述的相位编码方法，其特征在于，所述方法还包括：控制在分束与合束过程中的光脉冲的偏振态，使所述第一子光路和第二子光路传输的两路传输子光脉冲在合束为两路输出光脉冲时的偏振态相同。


5.根据权利要求4所述的相位编码方法，其特征在于，所述控制在分束与合束过程中的光脉冲的偏振态，包括：
在分束与合束的过程中采用保偏器件，使光脉冲在分束与合束的过程中偏振态保持不变。


6.一种相位编码装置，其特征在于，所述装置包括：分束器、合束器、光开关和相位调制器，其中，
所述分束器被配置为将入射的一路输入光脉冲分束为经由第一子光路和第二子光路传输的两路传输子光脉冲；
所述合束器被配置为在所述两路传输子光脉冲相对延时后将所述两路传输子光脉冲合束为经由两个输出端口输出的两路输出光脉冲，所述两路输出光脉冲中的每一路输出光脉冲均为前后相邻的一对输出子光脉冲；
所述光开关被配置为接收所述两路输出光脉冲并且随机选择所述两路输出光脉冲中的一路输出光脉冲或另一...

【专利技术属性】
技术研发人员：林晖，王昌雷，张平，许华醒，张瀚，
申请(专利权)人：银川产业技术研究院，
类型：发明
国别省市：宁夏;64