基于斯托克斯参量编码的连续变量系统相位补偿方法技术方案

本发明专利技术公开了基于斯托克斯参量编码的连续变量系统相位补偿方法，其过程为：计算整个发送端编码后光束的琼斯矩阵；计算斯托克斯参量S2和S3的理论输出公式；绘制理论S2和S3输出曲线；取理论S2和S3输出曲线的最大值；绘制实际探测S2和S3输出曲线；取实际探测S2和S3输出曲线的最大值；计算S2最大实际值与最大理论值之间的差值，计算S3最大实际值与最大理论值之间的差值，两者差值后的平均值即为补偿相位ψ；将补偿相位ψ叠加到ψ2中，即整个基于斯托克斯参量编码的连续变量系统相位得到补偿。上述方法解决光纤的快慢轴随着环境变化导致相位差异，保证斯托克斯参量编码的准确性。保证斯托克斯参量编码的准确性。保证斯托克斯参量编码的准确性。

【技术实现步骤摘要】
基于斯托克斯参量编码的连续变量系统相位补偿方法


[0001]本专利技术属于通信和量子密码相关的
，特别涉及采用斯托克斯参量编码的连续变量量子密钥分发系统相位补偿方法。

技术介绍

[0002]自1984年以来，量子密钥分发技术一直在不断的发展。量子密钥分发可以为两地提供理论上安全的密钥。
[0003]量子密钥分发分为离散变量和连续变量两种，其中，离散变量相对发展的较快，其成码的安全距离也在不断增加；而连续变量原来相对发展较慢，但是，从2013年论文中连续变量突破80公里后，连续变量也得到迅速的发展。但目前均是基于振幅相位调制的方案，所有的系统也是针对于光纤系统，自由空间还未实现GG02协议的连续变量量子密钥分发系统，主要是没有很好的编码器。
[0004]但是，基于光纤的编码器，编码后的光的偏振为椭圆偏振，光纤的快慢轴会随着环境变化导致相位差异，造成编码传输的偏振态一直变化，想要实现正确的编码，必须解决光纤快慢轴导致的偏振态变化。
[0005]在现有技术中，经过检索，还没有发现在公开的期刊文献中关于“斯托克斯参量编码器”能够很好地解决光纤快慢轴导致的偏振态变化的技术方案，也没有发现有相关的专利文献记载；所以，现有技术没有能够很好地解决这个问题。

技术实现思路

[0006]本专利技术提供一种基于斯托克斯参量编码的连续变量系统相位补偿方法，其目的是解决光纤快慢轴导致的偏振态变化问题，保证斯托克斯参量编码的准确性。
[0007]为了实现上述目的，本专利技术采取的技术方案为：
[0008]本专利技术的基于斯托克斯参量编码的连续变量系统相位补偿方法，其过程为：
[0009]第一步：计算整个发送端编码后光束的琼斯矩阵；
[0010]第二步：计算斯托克斯参量S2和S3的理论输出公式；
[0011]第三步：取ψ1为非0的固定值，ψ2从0到2π遍历，绘制理论S2和S3输出曲线；
[0012]第四步：取理论S2和S3输出曲线的最大值S2_THE_MAX和S3_THE_MAX；
[0013]第五步：取ψ1为非0的固定值，ψ2从0到2π遍历，绘制实际探测S2和S3输出曲线；
[0014]第六步：取实际探测S2和S3输出曲线的最大值S2_ACT_MAX和S3_ACT_MAX；
[0015]第七步：计算S2_ACT_MAX与S2_THE_MAX之间的差值，计算S3_ACT_MAX与S3_THE_MAX之间的差值，两者差值后的平均值即为补偿相位ψ；
[0016]第八步：将补偿相位ψ叠加到ψ2中，即整个基于斯托克斯参量编码的连续变量系统相位得到补偿。
[0017]其中各符号的含义：
[0018]S1：水平线偏振光和垂直线偏振光的光子数之差；
[0019]S2：﹢45度线偏振光与
‑
45度线偏振光光子数之差；
[0020]S3：左旋圆偏振光与右旋圆偏振光光子数之差；
[0021]S2_THE_MAX：取S2曲线的理论最大值对应的相位坐标值；
[0022]S3_THE_MAX：取S3曲线的理论最大值对应的相位坐标值；
[0023]S2_ACT_MAX：取S2曲线的实际最大值对应的相位坐标值；
[0024]S3_ACT_MAX：取S3曲线的实际最大值对应的相位坐标值。
[0025]在所述的第一步中：琼斯矩阵的J
Alice
＝J
PBS
*J
PM2
*J
FR
*J
PBS
*J
PM1
*J
FR
*J
LD
。
[0026]在所述的第二步中：
[0027]S2＝a
H+
*a
V
+a
V+
*a
H
；
[0028]S3＝i(a
V+
*a
H
－a
H+
*a
V
)；
[0029]式中：
[0030]a
H
——水平偏振分量方向的产生算符；
[0031]a
H+
——水平偏振分量方向的湮灭算符；
[0032]a
V
——垂直偏振分量方向的产生算符；
[0033]a
V+
——垂直偏振分量方向的湮灭算符；
[0034]i——虚数单位，i2＝
‑
1；
[0035]则结合整个发送端编码后光束的琼斯矩阵J
Alice
可以计算出：
[0036]S2_THE＝a
LO
*[sin(2θ)*sin(ψ1)*sin(ψ2)－sin(4θ)*cos(ψ2)*sin2(ψ
[0037]1/2)]；
[0038]S3_THE＝＝a
LO
*[sin(2θ)*sin(ψ1)*cos(ψ2)－sin(4θ)*sin(ψ2)*sin2(ψ
[0039]1/2)]；
[0040]式中：
[0041]a
LO
——本振光振幅，光强系数，平方为本振光光强；
[0042]θ——法拉第旋转器旋转的角度；
[0043]ψ1——相位调制器PM1加载的相位角；
[0044]ψ2——相位调制器PM2加载的相位角。
[0045]在所述的第三步中，将ψ1、ψ2代入S2_THE和S3_THE中，可以得到两条正弦曲线，绘制得到理论S2和S3输出曲线。
[0046]在所述的第五步中，在ψ1、ψ2取值后，运行整个连续变量量子密钥分发系统，绘制实际探测S2和S3输出曲线。
[0047]所述的连续变量系统中的编码器中包括光纤相位调制器PM1和光纤相位调制器PM2；ψ1为光纤相位调制器PM1加载的相位；ψ2为PM2加载的相位。
[0048]所述的S2和S3为斯托克斯参量编码信号光，服从二维高斯调制。
[0049]所述的S2是﹢45度线偏振光与
‑
45度线偏振光光子数之差；S3是左旋圆偏振光与右旋圆偏振光光子数之差。
[0050]所述的ψ2从0到2π遍历，是指在0到2π之间选择950～1050个均布点的数值。
[0051]本专利技术采用上述技术方案，其连续变量系统相位补偿方法，可以解决光纤的快慢轴随着环境变化导致相位差异，通过补偿这个相位，可以使编码的椭圆偏振光经过光纤快慢轴中传输后偏振态与加载偏振态一致，保证斯托克斯参量编码的准确性。
附图说明
[0052]图1为本专利技术的相位补偿方法的流程示意图。
具体实施方式
[0053]下面对照附图，通过对实施例的描述，对本专利技术的具体实施方式作进一步详细的说明，以帮助本领域的技术人员对本专利技术的专利技术构思、技术方案有更完整、准确和深入的理解。
[0054]图本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于斯托克斯参量编码的连续变量系统相位补偿方法，其特征在于：所述的补偿方法的过程为：第一步：计算整个发送端编码后光束的琼斯矩阵；第二步：计算斯托克斯参量S2和S3的理论输出公式；第三步：取ψ1为非0的固定值，ψ2从0到2π遍历，绘制理论S2和S3输出曲线；第四步：取理论S2和S3输出曲线的最大值S2_THE_MAX和S3_THE_MAX；第五步：取ψ1为非0的固定值，ψ2从0到2π遍历，绘制实际探测S2和S3输出曲线；第六步：取实际探测S2和S3输出曲线的最大值S2_ACT_MAX和S3_ACT_MAX；第七步：计算S2_ACT_MAX与S2_THE_MAX之间的差值，计算S3_ACT_MAX与S3_THE_MAX之间的差值，两者差值后的平均值即为补偿相位ψ；第八步：将补偿相位ψ叠加到ψ2中，即整个基于斯托克斯参量编码的连续变量系统相位得到补偿；其中各符号的含义：S1：水平线偏振光和垂直线偏振光的光子数之差；S2：﹢45度线偏振光与
‑
45度线偏振光光子数之差；S3：左旋圆偏振光与右旋圆偏振光光子数之差；S2_THE_MAX：取S2曲线的理论最大值对应的相位坐标值；S3_THE_MAX：取S3曲线的理论最大值对应的相位坐标值；S2_ACT_MAX：取S2曲线的实际最大值对应的相位坐标值；S3_ACT_MAX：取S3曲线的实际最大值对应的相位坐标值。2.按照权利要求1所述的基于斯托克斯参量编码的连续变量系统相位补偿方法，其特征在于：在所述的第一步中：琼斯矩阵的J
Alice
＝J
PBS
*J
PM2
*J
FR
*J
PBS
*J
PM1
*J
FR
*J
LD
；式中：J
Alice
——Alice端出射光的琼斯矩阵；J
PBS
——PBS的琼斯矩阵；PBS为光纤偏振分束器；J
PM2
——PM2的琼斯矩阵；PM为光纤相位调制器；J
FR
——FR的琼斯矩阵；FR为光纤法拉第旋转器；J
PM1
——PM1的琼斯矩阵；J
LD
——LD的琼斯矩阵；LD为激光器。3.按照权利要求2所述的基于斯托克斯参量编码的连续变量系统相位补偿方法，其特征在于：在所述的第二步中，S2＝a
H+
*a
V
+a
V+
...

【专利技术属性】
技术研发人员：张启发，鲁健，韩竞宇，李雷，徐斌，王立霞，李大伟，李欢，刘云，曹德良，秦勇，刘婧婧，
申请(专利权)人：安徽问天量子科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：