一种时间相位编码装置以及量子密钥分发系统制造方法及图纸

一种时间相位编码装置，包括第一分束器BS1、第一相位调制器PM1、第二相位调制器PM2以及不等臂干涉仪，不等臂干涉仪包括第一端口和第二端口，不等臂干涉仪的第一端口和第二端口分别通过光纤A1和光纤A2对应与第一分束器BS1的第三端口和第二端口相连，构成萨格纳克环，第一相位调制器PM1和第二相位调制器PM2分别位于光纤A1和光纤A2上,本发明专利技术还提供了一种量子密钥分发系统。与现有技术相比，本发明专利技术采用萨格纳克环与不等臂干涉仪相结合的结构，通过分别对两个时间窗口模式进行相位调制来进行时间相位编码，同时可以实现信号态和诱骗态的制备。不仅可以实现稳定的时间相位编码，还可以同时完成信号态、诱骗态的稳定制备，无需额外的强度调制器以及相位补偿。外的强度调制器以及相位补偿。外的强度调制器以及相位补偿。

【技术实现步骤摘要】
一种时间相位编码装置以及量子密钥分发系统


[0001]本专利技术涉及量子偏振编码
，特别涉及一种时间相位编码装置以及量子密钥分发系统。

技术介绍

[0002]量子密钥分发具有信息理论安全性，其安全性由量子力学的基本原理来保障，可以抵御来自量子计算机的威胁，在保密通信中具有重要作用。量子密钥分发（QKD）协议中最为成熟的是BB84协议，目前已经进入实用化阶段。QKD常用编码方式有偏振编码、相位编码以及时间相位编码。由于偏振态在光纤信道中极不稳定，因此偏振编码需要在接收端加入主动偏振补偿模块，增加了系统的复杂度和不稳定性。相位编码则具有较高的稳定性，但是由于传统相位编码QKD系统接收端损耗较大，导致系统成码率较低，且限制最远传输距离。而时间相位编码则采用一组时间基矢和一组相位基矢来编码，具有更高的稳定性，而且接收端损耗较小，具有较高的实用价值。
[0003]然而常规的时间相位编码方案一般采用不等臂干涉仪、强度调制器和相位调制器来进行编码，其中不等臂干涉仪用于产生具有时间差的双脉冲，强度调制器通过控制不同时间窗口的脉冲幅度来制备时间比特，相位调制器则用来调制前后两脉冲之间的相位差来进行相位编码。另外，需要复杂的驱动来控制强度调制器或者使用额外的强度调制器来制备诱骗态，具体的编码方案如图1所示。
[0004]常规的时间相位编码方案需要对前后两个脉冲分量分别进行强度调制和相位调制，对强度调制器和相位调制器的调制速率要求很高，编码准确度依赖于强度调制器的消光比。另外强度调制器对环境温度敏感，需要进行实时校准，增加了系统的复杂度。

技术实现思路

[0005]针对现有技术存在以上缺陷，本专利技术提供一种时间相位编码装置以及量子密钥分发系统如下：本专利技术的技术方案是这样实现的：一种时间相位编码装置，包括第一分束器BS1、第一相位调制器PM1、第二相位调制器PM2以及不等臂干涉仪，所述第一分束器BS1的第一端口和第四端口分别作为时间相位编码装置的输入端口In和输出端口Out；所述不等臂干涉仪包括第一端口和第二端口，所述不等臂干涉仪的第一端口和第二端口分别通过光纤A1和光纤A2对应与第一分束器BS1的第三端口和第二端口相连，构成用于产生两路传播方向相反、且具有时间差的前后子脉冲的萨格纳克环，所述第一相位调制器PM1和第二相位调制器PM2分别位于光纤A1和光纤A2上，用于对前后子脉冲进行相位调制。
[0006]优选地，所述不等臂干涉仪包括第二分束器BS2、第三分束器BS3和光纤延时线DL，所述第二分束器BS2和第三分束器BS3之间通过光纤L1和光纤L2相连构成不等臂马赫
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曾德尔干涉仪，所述光纤L1为马赫
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曾德尔干涉仪的短臂，所述光纤延时线DL位于光纤L2上，作
为马赫
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曾德尔干涉仪的长臂，所述第二分束器BS2和第三分束器BS3分别与光纤A1和光纤A2相连，所述不等臂马赫
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曾德尔干涉仪用于将输入的光脉冲分成具有时间差且偏振相同的前后子脉冲。
[0007]优选地，所述第一分束器BS1的第一端口处的光纤进行45
°
熔接，所述不等臂干涉仪包括第一偏振分束器PBS1、第一法拉第反射镜FM1和第二法拉第反射镜FM2，所述第一偏振分束器PBS1的第一端口和第三端口分别与光纤A1和光纤A2相连，所述第一偏振分束器PBS1的第二端口和第四端口分别通过光纤L3和光纤L4与第一法拉第反射镜FM1和第二法拉第反射镜FM2相连，所述不等臂干涉仪用于将输入的光脉冲分成具有时间差且偏振相互垂直的前后子脉冲。
[0008]优选地，所述第一分束器BS1的第一端口处的光纤进行45
°
熔接，所述不等臂干涉仪包括第二偏振分束器PBS2，所述第二偏振分束器PBS2的第一端口和第三端口分别与光纤A1和光纤A2相连，所述第二偏振分束器PBS2的第二端口和第四端口通过光纤L5直接相连，所述不等臂干涉仪用于将输入的光脉冲分成具有时间差且偏振相互垂直的前后子脉冲。
[0009]优选地，所述第一分束器BS1为保偏分束器。
[0010]本专利技术还提供了一种量子密钥分发系统，包括时间相位编码装置，包括通过光纤信道连接的发射端Alice以及接收端Bob，所述时间相位编码装置设置在发射端Alice。
[0011]与现有技术相比，本专利技术有以下有益效果：本专利技术时间相位编码装置以及量子密钥分发系统，采用萨格纳克环与不等臂干涉仪相结合的结构，通过分别对两个时间窗口模式进行相位调制来进行时间相位编码，同时可以实现信号态和诱骗态的制备。不仅可以实现稳定的时间相位编码，还可以同时完成信号态、诱骗态的稳定制备，无需额外的强度调制器以及相位补偿，且两个时间模式损耗一致，提升了系统的稳定性和实用性。
附图说明
[0012]图1为现有技术中时间相位编码的方案原理图；图2为本专利技术时间相位编码装置的原理框图；图3为本专利技术时间相位编码装置实施例一的原理框图；图4为本专利技术时间相位编码装置实施例二的原理框图；图5为本专利技术时间相位编码装置实施例三的原理框图；图6为本专利技术量子密钥分发系统的原理框图。
具体实施方式
[0013]下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术进行清楚、完整地描述。
[0014]如图2所示，一种时间相位编码装置，用于量子密钥分发，包括第一分束器BS1、第一相位调制器PM1、第二相位调制器PM2以及不等臂干涉仪，其中所述第一分束器BS1的第一端口和第四端口分别作为时间相位编码装置的输入端口In和输出端口Out，用于将输入光脉冲进行分束和干涉输出，所述不等臂干涉仪包括第一端口和第二端口，所述第一端口作为输入端口时，第二端口为输出端口，所述第二端口作为输入端口时，第一端口为输出端口；所述不等臂干涉仪的第一端口和第二端口分别通过光纤A1和光纤A2与第一分束器BS1
的第三端口和第二端口相连，构成萨格纳克环，用于产生两路传播方向相反、且具有时间差的前后子脉冲，所述萨格纳克环用于使两路传播方向相反的前后子脉冲分别具有相同的光程，所述第一相位调制器PM1和第二相位调制器PM2分别位于光纤A1和光纤A2上，用于对前后子脉冲进行相位调制。
[0015]具体时间相位编码与信号态、诱骗态制备过程如下：水平偏振的光脉冲P0从输入端口In进入时间相位编码装置，首先被第一分束器BS1分成强度相等的两个脉冲分量P1和P2。P1分量被第一分束器BS1透射，沿光纤A1传播，经过第一相位调制器PM1时不调相，随后从不等臂干涉仪的第一端口进入，从第二端口输出，形成具有时间差为T的前后两个子脉冲P11和P12，并先后经过第二相位调制器PM2，其中P11经过第二相位调制器PM2时调制相位，P12经过第二相位调制器PM2时调制相位，先后回到第一分束器BS1。P2分量被第一分束器BS1反射，沿光纤A2传播，经过第二相位调制器PM2时不调相，随后从不等臂干涉仪的第二端口进入，从第一端口输出，形成前后两个子脉冲P21和P22，并先后经过第一相位调本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种时间相位编码装置，其特征在于，包括第一分束器BS1、第一相位调制器PM1、第二相位调制器PM2以及不等臂干涉仪，所述第一分束器BS1的第一端口和第四端口分别作为时间相位编码装置的输入端口In和输出端口Out；所述不等臂干涉仪包括第一端口和第二端口，所述不等臂干涉仪的第一端口和第二端口分别通过光纤A1和光纤A2对应与第一分束器BS1的第三端口和第二端口相连，构成用于产生两路传播方向相反、且具有时间差的前后子脉冲的萨格纳克环，所述第一相位调制器PM1和第二相位调制器PM2分别位于光纤A1和光纤A2上，用于对前后子脉冲进行相位调制。2.如权利要求1所述时间相位编码装置，其特征在于，所述不等臂干涉仪包括第二分束器BS2、第三分束器BS3和光纤延时线DL，所述第二分束器BS2和第三分束器BS3之间通过光纤L1和光纤L2相连构成不等臂马赫
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曾德尔干涉仪，所述光纤L1为马赫
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曾德尔干涉仪的短臂，所述光纤延时线DL位于光纤L2上，作为马赫
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曾德尔干涉仪的长臂，所述第二分束器BS2和第三分束器BS3分别与光纤A1和光纤A2相连，所述不等臂马赫
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曾德尔干涉仪用于将输入的光脉冲分成具有时间差且偏振相同的前后子脉冲。3.如权利要求1所述时间相...

【专利技术属性】
技术研发人员：王东，
申请(专利权)人：北京正道量子科技有限公司，
类型：发明
国别省市：