基于90度熔接相差控制的相位解码装置和量子密钥分发系统制造方法及图纸

一种基于90度熔接相差控制的相位解码装置和量子密钥分发系统。相位解码装置包括：通过两条光路光耦合的分束器和合束器，分束器前端或者两条光路中的至少一条光路上具有相位调制器，两条光路中的至少一条光路包括至少两段保偏光纤，在至少一条光路中包含通过使得一段保偏光纤的慢轴与另一段保偏光纤的快轴对准熔接形成的至少一个90度熔接点，两条光路及其上的光器件被构造成使得输入光脉冲的两个正交偏振态中的一个偏振态在分束至合束的过程中经两条光路传输的相位差与另一个偏振态经两条光路传输的相位差相差2π的整数倍。本实用新型专利技术通过采用90度熔接的保偏光纤，更容易实现稳定解码的相位差要求，从而实现抗环境干扰的稳定相位解码。

Phase Decoding Device and Quantum Key Distribution System Based on 90 Degree Fusion Phase Difference Control

【技术实现步骤摘要】
基于90度熔接相差控制的相位解码装置和量子密钥分发系统
本技术涉及光传输保密通信
，尤其涉及一种基于90度熔接进行相差控制的相位解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。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。然而相位编码方案在干涉解码时，因传输光纤和编解码干涉仪光纤双折射影响，存在偏振诱导衰落问题，导致解码干涉不稳定。同样，若增加纠偏设备，虽然只需要对一种偏振态进行纠偏，但也增加系统复杂度和成本。对量子密钥分发相位编码方案，如何稳定高效地进行干涉解码是基于现有光缆基础设施进行量子保密通信应用的热点和难题。技术内容本技术的主要目的在于提出一种90度熔接相差控制(也可称为“相位差控制”)的相位解码装置和量子密钥分发系统，用以解决相位编码量子密钥分发应用中因前述的偏振态变化而导致的接收端干涉输出结果不稳定的问题。为实现上述目的，本技术提供至少以下技术方案：1.一种基于90度熔接相差控制的相位解码装置，其特征在于，所述相位解码装置包括：分束器和合束器，所述分束器与所述合束器通过两条光路光耦合，其中所述分束器前端或者所述两条光路中的至少一条光路上具有相位调制器，所述分束器被配置用于将入射的任意偏振态的一路输入光脉冲分束为两路光脉冲；所述两条光路中的至少一条光路包括至少两段保偏光纤，所述两条光路被配置用于分别传输所述两路光脉冲，并用于实现所述两路光脉冲的相对延时；所述相位调制器被配置用于对经其所在的光路传输的分束前的所述入射的任意偏振态的一路输入光脉冲或者所述两路光脉冲中至少之一按照量子密钥分发协议进行相位调制；所述合束器被配置用于将所述两路光脉冲合束输出，其中，在所述两条光路中的至少一条光路中包含通过使得一段保偏光纤的慢轴与另一段保偏光纤的快轴对准熔接形成的至少一个90度熔接点，并且其中，所述两条光路及其上的光器件被构造成，控制所述输入光脉冲的两个正交偏振态中的一个偏振态在分束至合束的过程中经所述两条光路传输的相位差与另一个偏振态经所述两条光路传输的相位差使得两个相位差相差2π的整数倍。2.根据方案1所述的基于90度熔接相差控制的相位解码装置，其特征在于，所述两条光路及其上的光器件被进一步构造成，控制所述保偏光纤的一个本征偏振态在所述两条光路中的一条光路上传输时经保偏光纤快轴传输的距离和经慢轴传输的距离的第一距离差、以及该本征偏振态在所述两条光路中的另一条光路上传输时经保偏光纤快轴传输的距离和经慢轴传输的距离的第二距离差，使得第一距离差和第二距离差相差保偏光纤拍长的整数倍。3.根据方案1或2所述的基于90度熔接相差控制的相位解码装置，其特征在于，所述两条光路均包含一个90度熔接点，且每个熔接点位于所在光路的中点。4.根据方案1或2所述的基于90度熔接相差控制的相位解码装置，其特征在于，所述相位解码装置还包括：保偏光纤拉伸器，所述保偏光纤拉伸器位于所述两条光路中的任一光路上，并且被配置用于调节其所在的光路的保偏光纤长度；和/或双折射相位调制器，所述双折射相位调制器位于所述两条光路中的任一光路上，并且被配置用于对通过其的光脉冲的两个正交偏振态施加不同的可调的相位调制。5.根据方案1所述的基于90度熔接相差控制的相位解码装置，其特征在于，所述相位解码装置采用不等臂马赫-曾德尔干涉仪或不等臂迈克尔逊干涉仪的光路结构。6.根据方案5所述的基于90度熔接相差控制的相位解码装置，其特征在于，所述相位解码装置采用不等臂迈克尔逊干涉仪的光路结构，所述合束器与所述分束器为同一器件，所述相位解码装置还包括：两个反射镜，所述两个反射镜分别位于所述两条光路上，分别用于将来自所述分束器的经所述两条光路传输来的所述两路光脉冲反射回所述合束器，其中所述不等臂迈克尔逊干涉仪的输入端口和输出端口为同一端口，所述相位解码装置还包括：光环形器，所述光环形器位于所述分束器前端，所述入射的任意偏振态的一路输入光脉冲从所述光环形器的第一端口输入并从所述光环形器的第二端口输出至所述分束器，来自所述合束器的合束输出被输入至所述光环形器的第二端口并从所述光环形器的第三端口输出。7.根据方案6所述的基于90度熔接相差控制的相位解码装置，其特征在于，当所述相位解码装置采用不等臂迈克尔逊干涉仪结构时，所述分束器与所述两个反射镜构成的所述干涉仪的两个臂均包含一个90度熔接点，各熔接点均为所述两个臂的中点。8.根据方案1所述的基于90度熔接相差控制的相位解码装置，其特征在于，所述分束器和所述合束器被配置为偏振保持光器件；所述两条光路被配置为偏振保持光路；和/或，所述相位调制器被配置为偏振无关光器件。9.一种量子密钥分发系统，其特征在于，包括：根据方案1～8中任一项所述的基于90度熔接相差控制的相位解码装置，所述相位解码装置设置在所述量子密钥分发系统的接收端用于相位解码，和/或根据方案1～8中任一项所述的基于90度熔接相差控制的相位解码装置，所述相位解码装置设置在所述量子密钥分发系统的发射端用于相位编码。10.根据方案9所述的量子密钥分发系统，其特征在于，所述量子密钥分发系统还包括单光子源、量子信道和单光子探测器，所述单光子源光耦合至位于发射端的用于相位编码的所述相位解码装置，所述单光子探测器耦合至位于接收端的用于相位解码的所述相位解码装置。如前所述，通常，光脉冲经光纤量子信道传输时，会因环境影响导致传输至接收端的光脉冲的偏振态产生随机变化，影响量子保密通信系统工作稳定性。本技术可有效解决输入光脉冲偏振态随机变化对系统稳定性产生的影响，实现传输光纤环境干扰免疫的稳定相位解码。本技术的相位解码装置只需采用一个干涉仪即可对两个正交偏振态完成稳定解码，无需像偏振分集相位解码方案需要两个干涉仪对两个正交偏振态分别进行解码，降低了系统复杂性和控制要求。另外，通过两臂保偏光纤90度熔接，易于通过光纤长度控制实现稳定解码的相位差要求，解决相位编码量子密钥分发系统中偏振诱导衰落造成系统无法稳定工作的难题，并且本技术的方案易于实现。附图说明图1为用于本技术的一优选实施方案的相位解码装置的相位解码方法的流程图；图2为本技术一优选实施方案的相位解码装置的组成结构示意图；图3为本技术另一优选本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于90度熔接相差控制的相位解码装置，其特征在于，所述相位解码装置包括：分束器和合束器，所述分束器与所述合束器通过两条光路光耦合，其中所述分束器前端或者所述两条光路中的至少一条光路上具有相位调制器，所述分束器被配置用于将入射的任意偏振态的一路输入光脉冲分束为两路光脉冲；所述两条光路中的至少一条光路包括至少两段保偏光纤，所述两条光路被配置用于分别传输所述两路光脉冲并用于实现所述两路光脉冲的相对延时；所述相位调制器被配置用于对经其所在的光路传输的分束前的所述入射的任意偏振态的一路输入光脉冲或者所述两路光脉冲中至少之一按照量子密钥分发协议进行相位调制；所述合束器被配置用于将所述两路光脉冲合束输出，其中，在所述两条光路中的至少一条光路中包含通过使得一段保偏光纤的慢轴与另一段保偏光纤的快轴对准熔接形成的至少一个90度熔接点，并且其中，所述两条光路及其上的光器件被构造成控制所述输入光脉冲的两个正交偏振态中的一个偏振态在分束至合束的过程中经所述两条光路传输的相位差与另一个偏振态经所述两条光路传输的相位差使得两个相位差相差2π的整数倍。

【技术特征摘要】
1.一种基于90度熔接相差控制的相位解码装置，其特征在于，所述相位解码装置包括：分束器和合束器，所述分束器与所述合束器通过两条光路光耦合，其中所述分束器前端或者所述两条光路中的至少一条光路上具有相位调制器，所述分束器被配置用于将入射的任意偏振态的一路输入光脉冲分束为两路光脉冲；所述两条光路中的至少一条光路包括至少两段保偏光纤，所述两条光路被配置用于分别传输所述两路光脉冲并用于实现所述两路光脉冲的相对延时；所述相位调制器被配置用于对经其所在的光路传输的分束前的所述入射的任意偏振态的一路输入光脉冲或者所述两路光脉冲中至少之一按照量子密钥分发协议进行相位调制；所述合束器被配置用于将所述两路光脉冲合束输出，其中，在所述两条光路中的至少一条光路中包含通过使得一段保偏光纤的慢轴与另一段保偏光纤的快轴对准熔接形成的至少一个90度熔接点，并且其中，所述两条光路及其上的光器件被构造成控制所述输入光脉冲的两个正交偏振态中的一个偏振态在分束至合束的过程中经所述两条光路传输的相位差与另一个偏振态经所述两条光路传输的相位差使得两个相位差相差2π的整数倍。2.根据权利要求1所述的基于90度熔接相差控制的相位解码装置，其特征在于，所述两条光路及其上的光器件被进一步构造成，控制所述保偏光纤的一个本征偏振态在所述两条光路中的一条光路上传输时经保偏光纤快轴传输的距离和经慢轴传输的距离的第一距离差、以及该本征偏振态在所述两条光路中的另一条光路上传输时经保偏光纤快轴传输的距离和经慢轴传输的距离的第二距离差，使得第一距离差和第二距离差相差保偏光纤拍长的整数倍。3.根据权利要求1或2所述的基于90度熔接相差控制的相位解码装置，其特征在于，所述两条光路均包含一个90度熔接点，且每个熔接点位于所在光路的中点。4.根据权利要求1所述的基于90度熔接相差控制的相位解码装置，其特征在于，所述相位解码装置还包括：保偏光纤拉伸器，所述保偏光纤拉伸器位于所述两条光路中的任一光路上，并且被配置用于调节其所在的光路的保偏光纤长度；和/或双折射相位调制器，所述双折射相位调制器位于所述两条光路中的任一光路上，并且被配置用于对通过其的光脉冲的两个正...

【专利技术属性】
技术研发人员：许华醒，
申请(专利权)人：中国电子科技集团公司电子科学研究院，
类型：新型
国别省市：北京,11