连续变量量子密钥分发导频时延装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术提供了一种连续变量量子密钥分发导频时延装置及方法，未调制的光脉冲信号通过所述分束器分为信号脉冲和导频脉冲，导频脉冲传输到第二法拉第镜后反射，信号脉冲通过所述光纤延时线，使得信号脉冲位于导频脉冲中间，相位调制器对信号脉冲进行调制，然后传输到第一法拉第镜后反射，两路反射脉冲在分束器再进行叠加输出时分复用信号。本发明专利技术通过采用法拉第

【技术实现步骤摘要】
连续变量量子密钥分发导频时延装置及方法


[0001]本专利技术涉及量子保密通信
，具体地，涉及一种基于法拉第
‑
迈克尔逊结构的连续变量量子密钥分发导频时延装置及方法。

技术介绍

[0002]在信息技术高度发达的当今，信息安全问题备受关注。量子科技中的量子密钥分发提供了一种安全有效的密钥传输方式，可为通信双方提供信息安全保障。连续变量量子密钥分发技术是量子密钥分发技术中的一种，它采用易实施的相干检测技术，易集成化的光学元器件，因而在成本以及与经典光网络融合方面具有优势，是量子密钥分发实用化进程中的关键性技术之一。
[0003]在连续变量量子密钥分发实际实现中，探测端采用相干检测技术提取编码在光场正则分量上的信息。而该技术需要强本振光与信号光进行混合，从而实现信号光正则分量的放大。本地本振方案能够弥补传输本振光带来的安全性漏洞，此外还具备易达到散粒噪声极限探测，光路结构简化等优势，成为实用化方案的有力竞争者。本地本振方案实际实现时，需要发送携带相位信息的导频脉冲，实验中普遍采用的是导频时延方案其基本思想是同时生成信号脉冲和导频脉冲以消除相位抖动带来的误差。然而传统的AMZI结构由于长短臂问题，需要装置非常稳定，且需采用保偏光纤使得两路脉冲的偏振对齐，近期提出的一种导频偏振复用方案可以提高稳定性，但依然需要采用较为昂贵的保偏光纤。

技术实现思路

[0004]针对现有技术中的缺陷，本专利技术的目的是提供一种连续变量量子密钥分发导频时延装置及方法。
[0005]根据本专利技术提供的一种连续变量量子密钥分发导频时延装置，包括：分束器、由单模光纤组成的光纤延时线、相位调制器、第一法拉第镜、第二法拉第镜、随机数生成模块和射频放大模块；
[0006]所述第一法拉第镜依次通过所述相位调制器和所述光纤延时线连接所述分束器，所述第二法拉第镜连接所述分束器，所述随机数生成模块通过所述射频放大模块连接所述相位调制器的射频端口；
[0007]未调制的光脉冲信号通过所述分束器分为信号脉冲和导频脉冲，导频脉冲传输到第二法拉第镜后反射，信号脉冲通过所述光纤延时线，使得信号脉冲位于导频脉冲中间，相位调制器对信号脉冲进行调制，然后传输到第一法拉第镜后反射，两路反射脉冲在分束器再进行叠加输出时分复用信号。
[0008]优选地，所述分束器为99:1的分束器，分束输出的信号脉冲占1％，导频脉冲占99％。
[0009]优选地，所述第一法拉第镜和所述第二法拉第镜使两路反射脉冲在干涉时保持相同的偏振方向。
[0010]优选地，信号脉冲和导频脉冲经过光纤和法拉第镜时，前向传输矩阵和后向传输矩阵分别表示为：
[0011][0012][0013]其中，θ为偏振变化的角度，exp()为指数函数，i为虚数单位，为传输过程中O光的相位变化；为传输过程中E光的相位变化。
[0014]优选地，所述第一法拉第镜和所述第二法拉第镜包括45
°
的法拉第旋转器和平面反射镜，琼斯矩阵表示为：
[0015][0016]所述连续变量量子密钥分发导频时延装置的琼斯矩阵为：
[0017][0018]其中，
[0019]根据本专利技术提供给的一种连续变量量子密钥分发导频时延方法，采用所述连续变量量子密钥分发导频时延装置，所述方法包括：
[0020]步骤S1、随机数生成模块生成随机数电压信号，并通过射频放大模块对生成的随机数电压信号进行放大作为相位调制器的调制信号；
[0021]步骤S2、将未调制的光脉冲信号输入分束器分为信号脉冲和导频脉冲，导频脉冲传输到第二法拉第镜后反射，信号脉冲通过所述光纤延时线，使得信号脉冲位于导频脉冲中间，相位调制器对信号脉冲进行调制，然后传输到第一法拉第镜后反射，两路反射脉冲在分束器再进行叠加输出时分复用信号。
[0022]优选地，所述分束器为99:1的分束器，分束输出的信号脉冲占1％，导频脉冲占99％。
[0023]优选地，所述第一法拉第镜和所述第二法拉第镜使两路反射脉冲在干涉时保持相同的偏振方向。
[0024]优选地，信号脉冲和导频脉冲经过光纤和法拉第镜时，前向传输矩阵和后向传输矩阵分别表示为：
[0025][0026][0027]其中，θ为偏振变化的角度，exp()为指数函数，i为虚数单位，为传输过程中O光的相位变化；为传输过程中E光的相位变化。
[0028]优选地，所述第一法拉第镜和所述第二法拉第镜包括45
°
的法拉第旋转器和平面反射镜，琼斯矩阵表示为：
[0029][0030]所述连续变量量子密钥分发导频时延装置的琼斯矩阵为：
[0031][0032]其中，
[0033]与现有技术相比，本专利技术具有如下的有益效果：
[0034]本专利技术通过采用法拉第
‑
迈克尔逊结构，利用法拉第镜的保偏原理，使得长短臂两路脉冲再经过调制后进行叠加时保持相同的偏振方向，解决了AMZI结构的稳定性问题。
附图说明
[0035]通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本专利技术的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
[0036]图1为本专利技术连续变量量子密钥分发导频时延装置的结构示意图；
[0037]图2为实施例中的信号脉冲和导频脉冲时序图。
具体实施方式
[0038]下面结合具体实施例对本专利技术进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本专利技术，但不以任何形式限制本专利技术。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本专利技术构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本专利技术的保护范围。
[0039]如图1所示，一种连续变量量子密钥分发导频时延装置，包括：分束器、光纤延时线、相位调制器、第一法拉第镜、第二法拉第镜、随机数生成模块和射频放大模块。第一法拉第镜依次通过相位调制器和光纤延时线连接分束器，第二法拉第镜连接分束器，随机数生成模块通过射频放大模块连接相位调制器的射频端口。在本实施例中，分束器为99:1的分束器，分束输出的信号脉冲占1％，导频脉冲占99％。
[0040]未调制的光脉冲信号通过分束器分为信号脉冲和导频脉冲，导频脉冲传输到第二法拉第镜后反射，信号脉冲通过光纤延时线，使得信号脉冲位于导频脉冲中间，相位调制器对信号脉冲进行调制，然后传输到第一法拉第镜后反射，两路反射脉冲在分束器再进行叠加输出时分复用信号。第一法拉第镜和第二法拉第镜使两路反射脉冲在干涉时保持相同的偏振方向。
[0041]利用单模光纤代替保偏光纤，降低了系统的成本。信号脉冲和导频脉冲经过单模光纤和法拉第镜时，前向传输矩阵和后向传输矩阵分别表示为：
[0042][0043][0044]其中，θ为偏振变化的角度，exp()为指数函数，i为虚数单位，为传输过程中O光的相位变化；为传输过程中E光的相位变化。
[0045]第一法拉第镜和第二法拉第镜包括45
°
的法拉第旋转器和平本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种连续变量量子密钥分发导频时延装置，其特征在于，包括：分束器、光纤延时线、相位调制器、第一法拉第镜、第二法拉第镜、随机数生成模块和射频放大模块；所述第一法拉第镜依次通过所述相位调制器和所述光纤延时线连接所述分束器，所述第二法拉第镜连接所述分束器，所述随机数生成模块通过所述射频放大模块连接所述相位调制器的射频端口；未调制的光脉冲信号通过所述分束器分为信号脉冲和导频脉冲，导频脉冲传输到第二法拉第镜后反射，信号脉冲通过所述光纤延时线，使得信号脉冲位于导频脉冲中间，相位调制器对信号脉冲进行调制，然后传输到第一法拉第镜后反射，两路反射脉冲在分束器再进行叠加输出时分复用信号。2.根据权利要求1所述的连续变量量子密钥分发导频时延装置，其特征在于，所述分束器为99:1的分束器，分束输出的信号脉冲占1％，导频脉冲占99％。3.根据权利要求1所述的连续变量量子密钥分发导频时延装置，其特征在于，所述第一法拉第镜和所述第二法拉第镜使两路反射脉冲在干涉时保持相同的偏振方向。4.根据权利要求1所述的连续变量量子密钥分发导频时延装置，其特征在于，信号脉冲和导频脉冲经过光纤和法拉第镜时，前向传输矩阵和后向传输矩阵分别表示为：分别表示为：其中，θ为偏振变化的角度，exp()为指数函数，i为虚数单位，为传输过程中O光的相位变化；为传输过程中E光的相位变化。5.根据权利要求4所述的连续变量量子密钥分发导频时延装置，其特征在于，所述第一法拉第镜和所述第二法拉第镜包括45
°
的法拉第旋转器和平面反射镜，琼斯矩阵表示为：所述连续变量量子密钥分发导频时延装...

【专利技术属性】
技术研发人员：王涛，赵焕熹，黄鹏，曾贵华，
申请(专利权)人：上海循态量子科技有限公司，
类型：发明
国别省市：