基于IQ光调制器的量子密钥分发相位编码方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术提供了一种基于IQ光调制器的量子密钥分发相位编码方法及装置；方法包括：将一路输入光脉冲分束为第一子光脉冲和第二子光脉冲，分别沿两条光路传输；将第一子光脉冲和第二子光脉冲进行相对延时后合束为一对光脉冲输出；其中，在分束后的两条光路中的至少一条光路或者在合束输出后的光路上设置IQ光调制器，在分束至合束的过程中对第一子光脉冲和第二子光脉冲中的至少一路光脉冲，或者合束输出的一对光脉冲中的至少一个光脉冲，通过IQ光调制器按照量子密钥分发协议进行相位调制；IQ光调制器同相分路和正交分路的两个马赫

Quantum key distribution phase encoding method and device based on IQ optical modulator

【技术实现步骤摘要】
基于IQ光调制器的量子密钥分发相位编码方法及装置


[0001]本专利技术涉及光传输保密通信
，尤其是一种量子密钥分发相位编码方法及装置。

技术介绍

[0002]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”的密码原理，量子保密通信可在公开信道实现信息的安全。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单位。
[0003]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。地面量子密钥分发主要基于光纤信道传输，而光脉冲在光纤量子信道传输过程中，因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，以及光纤在实际环境中受温度、应变、弯曲等影响，产生随机双折射效应。采用偏振编码时，受光纤随机双折射的影响，偏振编码的量子态经长距离光纤传输后到达接收端时，光脉冲偏振态发生了随机变化，造成误码率升高，需要增加纠偏设备，增加了系统复杂度和成本，且对架空光缆、路桥光缆等强干扰情况难以稳定应用。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。相位编码方案在干涉解码时，因传输光纤和解码干涉环光纤双折射影响，存在偏振诱导衰落问题，该问题已得到较好解决。目前，实际的量子密钥分发应用主要采用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

[0004]提出一种量子密钥分发相位编码方法及相应的相位编码装置，以解决现有技术中，相位编码需要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模拟带宽限制的难题。
[0005]在本申请的第一方面，提供一种量子密钥分发相位编码方法，方法包括：将一路输入光脉冲分束为第一子光脉冲和第二子光脉冲，分别沿两条光路传输；将第一子光脉冲和第二子光脉冲进行相对延时后合束为一对光脉冲输出；其中，在分束后的两条光路中的至少一条光路或者在合束输出后的光路上设置IQ光调制器，在分束至合束的过程中对第一子光脉冲和第二子光脉冲中的至少一路光脉冲，或者合束输出的一对光脉冲中的至少一个光脉冲，通过IQ光调制器按照量子密钥分发协议进行相位调制；IQ光调制器同相分路和正交分路的两个马赫
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曾德尔调制器均工作在推挽模式。
[0006]在本申请可选方案中，IQ光调制器的同相分路马赫
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曾德尔调制器的调制电压为
随机调制0或半波电压，IQ光调制器的正交分路马赫
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曾德尔调制器的调制电压为随机调制0或半波电压。
[0007]在本申请可选方案中，IQ光调制器的随机调制相位包括：0度、90度、180度及270度。
[0008]在本申请可选方案中，将一路输入光脉冲分束为第一子光脉冲和第二子光脉冲包括：将输入光脉冲按照50:50分束为第一子光脉冲和第二子光脉冲。
[0009]在本申请的第二方面，还提供一种基于IQ光调制器的量子密钥分发相位编码装置；包括：分束器，用于接收输入光脉冲并分束为两路子光脉冲，分别为第一子光脉冲和第二子光脉冲；合束器，用于接收相对延时的第一子光脉冲和第二子光脉冲并输出一对光脉冲；IQ光调制器，设置在第一子光脉冲和第二子光脉冲的至少一者的光路上，或者合束器的输出端，用于对经其所在的光路传输的第一子光脉冲和第二子光脉冲中的至少之一或者合束后的一对光脉冲中至少之一按照量子密钥分发协议进行相位调制。IQ光调制器的同相分路和正交分路的马赫
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曾德尔调制器均工作在推挽模式。
[0010]在本申请可选方案中，IQ光调制器的同相分路马赫
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曾德尔调制器的调制电压为随机调制0或半波电压，IQ光调制器的正交分路马赫
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曾德尔调制器的调制电压为随机调制0或半波电压。
[0011]在本申请可选方案中，IQ光调制器的随机调制相位包括：0度、90度、180度及270度。
[0012]在本申请可选方案中，分束器、合束器、IQ光调制器，以及分束器至合束器之间的光路上的光器件均为偏振保持光器件。
[0013]在本申请可选方案中，装置还包括：第一光反射镜和第二光反射镜；第一光反射镜和第二光反射镜分别位于第一子光脉冲和第二子光脉冲的光路上，分别用于将第一子光脉冲和第二子光脉冲反射回分束器；其中，分束器和合束器为同一器件。
[0014]在本申请可选方案中，装置还包括光环形器，光环形器位于分束器前端，一路输入光脉冲从光环形器的第一端口输入并从光环形器的第二端口输出至分束器，来自合束器的合束输出被输入至光环形器的第二端口并从光环形器的第三端口输出；其中，分束器和合束器为同一器件。
[0015]综上，本专利技术的量子密钥分发相位编码方法及装置，通过将一路输入光脉冲分束为两路子光脉冲，即第一子光脉冲和第二子光脉冲，分别沿两条光路传输，并将两路子光脉冲进行相对延时后合束为一对光脉冲输出，其中，在分束后的所述两条光路中的至少一条光路或者在合束输出后的光路上配置IQ光调制器，在分束至合束的过程中对两路子光脉冲中的至少一路子光脉冲或者合束输出的一对光脉冲中的至少一个光脉冲按照量子密钥分发协议进行相位调制。该方案使用数字电平信号调制，易于实现高速的量子密钥分发相位调制，具备方法简单，实现手段难度低的特点。
[0016]本申请实施例的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以说明。
附图说明
[0017]为了更清楚地说明本专利技术具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的
附图是本专利技术的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0018]图1是本专利技术实施例一示例的基于IQ光调制器的量子密钥分发相位编码方法的流程图；
[0019]图2是本专利技术实施例二中示例的一种基于IQ光调制器的量子密钥分发相位编码装置；
[0020]图3是本专利技术实施例三中示例的一种基于IQ光调制器的量子密钥分发相位编码装置；
[0021]图4是本专利技术实施例四中示例的一种基于IQ光调制器的量子密钥分发相位编码装置；及
[0022]图5为本专利技术第五实施例的基于IQ光调制器的相位编码量子密钥分发系统的模块示意图。
[0023]以上附图中，各标号所代表的部件列表如下：
[0024]实施例二
[0025]100、量子密钥分发相位编码装置；
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201、分束器；
[0026]202、IQ本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种量子密钥分发相位编码方法，其特征在于，所述方法包括：将一路输入光脉冲分束为第一子光脉冲和第二子光脉冲，分别沿两条光路传输；将所述第一子光脉冲和第二子光脉冲进行相对延时后合束为一对光脉冲输出；其中，在分束后的所述两条光路中的至少一条光路或者在合束输出后的光路上设置IQ光调制器，在分束至合束的过程中对所述第一子光脉冲和第二子光脉冲中的至少一路光脉冲，或者合束输出的一对光脉冲中的至少一个光脉冲，通过IQ光调制器按照量子密钥分发协议进行相位调制；所述IQ光调制器同相分路和正交分路的两个马赫
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曾德尔调制器均工作在推挽模式。2.根据权利要求1所述的量子密钥分发相位编码方法，其特征在于，所述IQ光调制器的同相分路马赫
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曾德尔调制器的调制电压为随机调制0或半波电压，所述IQ光调制器的正交分路马赫
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曾德尔调制器的调制电压为随机调制0或半波电压。3.根据权利要求1或2任一项所述的量子密钥分发相位编码方法，其特征在于，所述IQ光调制器的随机调制相位包括：0度、90度、180度及270度。4.根据权利要求1所述的量子密钥分发相位编码方法，其特征在于，所述将一路输入光脉冲分束为第一子光脉冲和第二子光脉冲包括：将所述输入光脉冲按照50:50分束为第一子光脉冲和第二子光脉冲。5.一种基于IQ光调制器的量子密钥分发相位编码装置，其特征在于，所述装置包括：分束器，用于接收输入光脉冲并分束为两路子光脉冲，分别为第一子光脉冲和第二子光脉冲；合束器，用于接收相对延时的第一子光脉冲和第二子光脉冲并输出一对光脉冲；IQ光调制器，设置在第一子光脉冲和第二子光脉冲的至少一者的光路上，或者合束器的输出端，用于对经其所在的光路传输的第一...

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