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，该相位编码方法包括：分别从分束器的第一输入端口和第二输入端口中的任一个随机接收入射的第一路输入光脉冲或第二路输入光脉冲；将第一路输入光脉冲或第二路输入光脉冲各自分束为两路传输子光脉冲；在两路传输子光脉冲相对延时后将其合束为一路输出光脉冲，所述一路输出光脉冲为前后相邻的一对输出子光脉冲；使用相位调制器对两路传输子光脉冲中的至少一路传输子光脉冲或者对一对输出子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。该方法能够使用两种相位调制实现对输出光脉冲的四种相位编码，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
，具体涉及使用两种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，受DAC模拟带宽限制，这种方案难以实现高速的量子密钥分发系统。
技术实现思路
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：分别从分束器的第一输入端口和第二输入端口中的任一个随机接收入射的第一路输入光脉冲或第二路输入光脉冲；将第一路输入光脉冲或第二路输入光脉冲各自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将所述两路传输子光脉冲合束为一路输出光脉冲，合束输出的所述一路输出光脉冲为前后相邻的一对输出子光脉冲；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，或者在将所述两路传输子光脉冲合束为前后相邻的一对输出子光脉冲后，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前后相邻的一对输出子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，通过随机地在分束器两个输入端口之一入射光脉冲，再通过两种相位调制方式能够最终达到四种相位编码，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，并且能够解决相位编码量子密钥分发系统中实现更快的信号边沿的相位调制电压的难题。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前后相邻的一对输出子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：对至少一路传输子光脉冲或者对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，所述分束器的第一输入端口和第二输入端口分别连接至第一激光器和第二激光器，所述分束器在任一时间通过第一输入端口或第二输入端口随机地接收所述第一激光器和第二激光器中的任一个产生的光脉冲。优选的，当所述相位调制器使用0度相位调制时，所述第一输入端口和第二输入端口中的第一输入端口接收的一路输入光脉冲在合束后输出的前后相邻的一对输出子光脉冲为0度相位编码，所述第一输入端口和第二输入端口中的第二输入端口接收的一路输入光脉冲在合束后输出的前后相邻的一对输出子光脉冲为180度相位编码；和/或当所述相位调制器使用90度相位调制时，所述第一输入端口和第二输入端口中的第一输入端口接收的一路输入光脉冲在合束后输出的前后相邻的一对输出子光脉冲为90度相位编码，所述第一输入端口和第二输入端口中的第二输入端口接收的一路输入光脉冲在合束后输出的前后相邻的一对输出子光脉冲为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前后相邻的一对输出子光脉冲时的偏振态相同。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偏振保持光器件，在分束与合束的过程中使所述两路传输子光脉冲的偏振态保持不变。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、合束器和相位调制器，其中，所述分束器具有第一输入端口和第二输入端口，所述分束器被配置用于分别从所述第一输入端口和第二输入端口中的任一个随机接收入射的第一路输入光脉冲或第二路输入光脉冲，并且将入射的第一路输入光脉冲或第二路输入光脉冲各自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；所述合束器被配置用于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一个输出端口输出的一路输出光脉冲，合束输出的所述一路输出光脉冲为前后相邻的一对输出子光脉冲；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，或者位于合束器后的与所述输出端口相连的输出光路上，所述相位调制器被配置用于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前后相邻的一对输出子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至少一路传输子光脉冲或者对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，所述相位编码装置还包括第一激光器和第二激光器，所述分束器的第一输入端口和第二输入端口分别连接至所述第一激光器和第二激光器，所述分束器被配置为在任一时间通过第一输入端口或第二输入端口随机地接收所述第一激光器和第二激光器中的任一个产生的光脉冲。优选的，当所述相位调制器使用0度相位调制时，所述第一输入端口和第二输入端口中的第一输入端口接收的一路输入光脉冲在合束后输出的前后相邻的一对输出子光脉冲为0度相位编码，所述第一输入端口和第二输入端口中的第二输入端口接收的一路输入光脉冲在合束后输出的前后相邻的一对输出子光脉冲为180度相位编码；和/或当所述相位调制器使用90度相位调制时，所述第一输入端口和第二输入端口中的第一输入端口接收的一路输入光脉冲在合束后输出的前后相邻的一对输出子光脉冲为90度相位编码，所述第一输入端口和第二输入端口中的第二输入端口接收的一路输入光脉冲在合束后输出的前后相邻的一对输出子光脉冲为270度相位编码。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，所述相位编码装置还包括：光环形器和两个反射镜，其中，所述光环形器设置位于所述分束器的任一输入光路上；所述光环形器具有至少第一端口、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分别从分束器的第一输入端口和第二输入端口中的任一个随机接收入射的第一路输入光脉冲或第二路输入光脉冲；/n将第一路输入光脉冲或第二路输入光脉冲各自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将所述两路传输子光脉冲合束为一路输出光脉冲，合束输出的所述一路输出光脉冲为前后相邻的一对输出子光脉冲；/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，或者在将所述两路传输子光脉冲合束为前后相邻的一对输出子光脉冲后，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前后相邻的一对输出子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：
分别从分束器的第一输入端口和第二输入端口中的任一个随机接收入射的第一路输入光脉冲或第二路输入光脉冲；
将第一路输入光脉冲或第二路输入光脉冲各自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将所述两路传输子光脉冲合束为一路输出光脉冲，合束输出的所述一路输出光脉冲为前后相邻的一对输出子光脉冲；
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，或者在将所述两路传输子光脉冲合束为前后相邻的一对输出子光脉冲后，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前后相邻的一对输出子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，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前后相邻的一对输出子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：
对至少一路传输子光脉冲或者对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所述的相位编码方法，其特征在于，所述分束器的第一输入端口和第二输入端口分别连接至第一激光器和第二激光器，所述分束器在任一时间通过第一输入端口或第二输入端口随机地接收所述第一激光器和第二激光器中的任一个产生的光脉冲。


4.根据权利要求1或2所述的相位编码方法，其特征在于，其中，
当所述相位调制器使用0度相位调制时，所述第一输入端口和第二输入端口中的第一输入端口接收的一路输入光脉冲在合束后输出的前后相邻的一对输出子光脉冲为0度相位编码，所述第一输入端口和第二输入端口中的第二输入端口接收的一路输入光脉冲在合束后输出的前后相邻的一对输出子光脉冲为180度相位编码；和/或
当所述相位调制器使用90度相位调制时，所述第一输入端口和第二输入端口中的第一输入端口接收的一路输入光脉冲在合束后输出的前后相邻的一对输出子光脉冲为90度相位编码，所述第一输入端口和第二输入端口中的第二输入端口接收的一路输入光脉冲在合束后输出的前后相邻的一对输出子光脉冲为270度相位编码。


5.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前后相邻的一对输出子光脉冲时的偏振态相同。


6.根据权利要求5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偏振保持光器件，在分束与合束的过程中使所述两路传输子光脉冲的偏振态保持不变。


7.一种相位编码装置，其特征在于，所述装置包括：分束器、合束器和相位调制器，其中，
所述分束器具有第一输入端口和第二输入端口，所述分束器被配置用于分别从所述第一输入端口和第二输入端口中的任一个随机接收入射的第一路输入光脉冲或第二路输入光脉冲，并且将入射的第一路输入光脉冲或第二路输入光脉冲各自分束为经...

【专利技术属性】
技术研发人员：许华醒，王昌雷，林晖，张平，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