一种抗偏振扰动的相位编码量子密钥分发系统技术方案

本实用新型专利技术涉及一种抗偏振扰动的相位编码量子密钥分发系统，包括发送模块和接收模块；接收模块包括光纤环形器、第一偏振分束器、第一马赫曾德尔干涉仪、第二偏振分束器、第一单光子探测器和第二单光子探测器；发送模块的输出端连接光纤环形器的输入端，光纤环形器的一个输出端连接第一单光子探测器的输入端，光纤环形器的另一个输出端与第一偏振分束器的输入端双向连接，第一偏振分束器的两个输出端与第一马赫曾德尔干涉仪的两端对应双向连接，第一马赫曾德尔干涉仪的另外两端均连接第二偏振分束器的输入端，第二偏振分束器的输出端连接第二单光子探测器的输入端。本实用新型专利技术消除了信道偏振扰动对分发系统的影响，提高了分发系统的稳定性。

A phase coded quantum key distribution system against polarization disturbance

【技术实现步骤摘要】
一种抗偏振扰动的相位编码量子密钥分发系统
本技术属于光纤量子密钥分发系统领域，具体地讲涉及一种抗偏振扰动的相位编码量子密钥分发系统。
技术介绍
光纤量子密钥分发系统一般采用单模光纤作为传输信道，但由于光纤信道存在固有双折射效应，使得光子在传输过程中偏振态会发生变化，且会随着外界环境的变化而改变，从而使得光子在进入接收端时偏振态无法预测。因此，传统的基于双不等臂马赫-增德尔干涉环方案的量子密钥分发系统稳定性差，容易受到环境干扰。为了提高量子密钥分发系统的稳定性与实用性，研究者提出了两类解决方案。其中一类是主动偏振补偿，在接收端增加偏振补偿模块，通过反馈控制进行偏振跟踪与补偿，这类方案会增加系统复杂度，耗时耗资源，且误码率偏高。另外一类是对偏振态被动补偿，如Plug-and-play(即插即用)往返式量子密钥分发系统，使用法拉第镜将入射光偏振态旋转90度的特性，来抵消光纤信道对光子偏振态的作用，从而保证系统的稳定性；但是，由于其往返式结构，使得这种方案存在安全隐患，容易受到木马攻击，而且系统的工作频率受到限制，光纤的拉曼散射效应也会增加系统噪声。还有一种解决方案是在发送端增加一个消偏器，在光子进入光纤信道之前进行偏振态随机化，这样可以消除光纤双折射效应以及环境扰动对偏振态的影响，在接收端增加一个偏振分束器进行起偏，可以获得稳定的干涉结果，但是这个方案会增加一倍的损耗，使系统的效率降低了一半。
技术实现思路
根据现有技术中存在的问题，本技术提供了一种抗偏振扰动的相位编码量子密钥分发系统，其消除了信道偏振扰动对分发系统的影响，提高了分发系统的稳定性。本技术采用以下技术方案：一种抗偏振扰动的相位编码量子密钥分发系统，包括发送模块和接收模块；所述接收模块包括光纤环形器、第一偏振分束器、第一马赫曾德尔干涉仪、第二偏振分束器、第一单光子探测器和第二单光子探测器；所述发送模块的输出端连接光纤环形器的输入端，光纤环形器的一个输出端连接第一单光子探测器的输入端，光纤环形器的另一个输出端与第一偏振分束器的输入端双向连接，第一偏振分束器的两个输出端与第一马赫曾德尔干涉仪的两端对应双向连接，第一马赫曾德尔干涉仪的另外两端均连接第二偏振分束器的输入端，第二偏振分束器的输出端连接第二单光子探测器的输入端。优选的，所述发送模块包括脉冲激光器、强度调制器、第二马赫曾德尔干涉仪和电可调衰减器；所述脉冲激光器的输出端连接强度调制器的输入端，强度调制器的输出端连接第二马赫曾德尔干涉仪的一端，第二马赫曾德尔干涉仪的另一端连接电可调衰减器的输入端，电可调衰减器的输出端连接光纤环形器的输入端。进一步优选的，所述第一马赫曾德尔干涉仪和第二马赫曾德尔干涉仪的结构相同；所述第一马赫曾德尔干涉仪包括第一分束器、第二分束器和第一相位调制器；所述第一分束器的第一端分别与第二分束器的第一端和第一相位调制器的一端双向连接，第一相位调制器的另一端与第二分束器的第一端双向连接，第二分束器的第二端与第一偏振分束器的输出端双向连接，且第二分束器的第二端连接第二偏振分束器的输入端，第一分束器的第二端与第一偏振分束器的输出端双向连接，且第一分束器的第二端连接第二偏振分束器的输入端；所述第二马赫曾德尔干涉仪包括第三分束器、第四分束器、第二相位调制器；所述第三分束器的输出端分别连接第四分束器和第二相位调制器的输入端，第二相位调制器的输出端连接第四分束器的输入端，第四分束器的输出端连接电可调衰减器的输入端，第三分束器的输入端连接强度调制器的输出端。更进一步优选的，所述第一马赫曾德尔干涉仪和第二马赫曾德尔干涉仪均采用不等臂马赫曾德尔干涉仪。更进一步优选的，所述第一分束器与第二分束器直接相连接的连接段为第一马赫曾德尔干涉仪的短臂，第一分束器与第二分束器经由第一相位调制器相连接的连接段为第一马赫曾德尔干涉仪的长臂；所述第三分束器与第四分束器直接相连接的连接段为第二马赫曾德尔干涉仪的短臂，第三分束器与第四分束器经由第二相位调制器相连接的连接段为第二马赫曾德尔干涉仪的长臂。本技术的有益效果在于：1)本技术通过接收模块的结构组成设置，可以将输入的光脉冲经由第一偏振分束器分解成两个相互垂直的偏振光脉冲，并且分别干涉之后再在第一偏振分束器和第二偏振分束器进行合成，相当于接收模块起到了一个与偏振无关的干涉仪的作用；使得偏振变化不影响干涉结果，进而实现抗信道偏振扰动，消除了信道偏振扰动对分发系统的影响，提高了分发系统的稳定性。2)本技术分解后的两个相互垂直的偏振光脉冲分别从相反的方向经过第一相位调制器，相当于整体偏振光脉冲仅经过一次相位调制，损耗没有额外增加，因此本分发系统在实现抗信道偏振扰动的同时，还能保持整体性能的高效性。附图说明图1为本技术的分发系统的结构组成图。附图标记：1-发送模块，2-接收模块，11-脉冲激光器，12-强度调制器，13-第二马赫曾德尔干涉仪，14-电可调衰减器，15-第三分束器，16-第四分束器，17-第二相位调制器，21-光纤环形器，22-第一偏振分束器，23-第一马赫曾德尔干涉仪，24-第二偏振分束器，25-第一单光子探测器，26-第二单光子探测器，27-第一分束器，28-第二分束器，29-第一相位调制器。具体实施方式下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。如图1所示，一种抗偏振扰动的相位编码量子密钥分发系统，包括发送模块1和接收模块2；所述接收模块2包括光纤环形器21、第一偏振分束器22、第一马赫曾德尔干涉仪23、第二偏振分束器24、第一单光子探测器25和第二单光子探测器26；所述发送模块1的输出端连接光纤环形器21的输入端，光纤环形器21的一个输出端连接第一单光子探测器25的输入端，光纤环形器21的另一个输出端与第一偏振分束器22的输入端双向连接，第一偏振分束器22的两个输出端与第一马赫曾德尔干涉仪23的两端对应双向连接，第一马赫曾德尔干涉仪23的另外两端均连接第二偏振分束器24的输入端，第二偏振分束器24的输出端连接第二单光子探测器26的输入端。所述发送模块1包括脉冲激光器11、强度调制器12、第二马赫曾德尔干涉仪13和电可调衰减器14；所述脉冲激光器11的输出端连接强度调制器12的输入端，强度调制器12的输出端连接第二马赫曾德尔干涉仪13的一端，第二马赫曾德尔干涉仪13的另一端连接电可调衰减器14的输入端，电可调衰减器14的输出端连接光纤环形器21的输入端。所述第一马赫曾德尔干涉仪23和第二马赫曾德尔干涉仪13的结构相同；所述第一马赫曾德尔干涉仪23包括第一分束器27、第二分束器28和第一相位调制器29；所述第一分束器27的第一端分别与第二分束器28的第一端本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种抗偏振扰动的相位编码量子密钥分发系统，其特征在于：包括发送模块(1)和接收模块(2)；所述接收模块(2)包括光纤环形器(21)、第一偏振分束器(22)、第一马赫曾德尔干涉仪(23)、第二偏振分束器(24)、第一单光子探测器(25)和第二单光子探测器(26)；所述发送模块(1)的输出端连接光纤环形器(21)的输入端，光纤环形器(21)的一个输出端连接第一单光子探测器(25)的输入端，光纤环形器(21)的另一个输出端与第一偏振分束器(22)的输入端双向连接，第一偏振分束器(22)的两个输出端与第一马赫曾德尔干涉仪(23)的两端对应双向连接，第一马赫曾德尔干涉仪(23)的另外两端均连接第二偏振分束器(24)的输入端，第二偏振分束器(24)的输出端连接第二单光子探测器(26)的输入端。/n

【技术特征摘要】
1.一种抗偏振扰动的相位编码量子密钥分发系统，其特征在于：包括发送模块(1)和接收模块(2)；所述接收模块(2)包括光纤环形器(21)、第一偏振分束器(22)、第一马赫曾德尔干涉仪(23)、第二偏振分束器(24)、第一单光子探测器(25)和第二单光子探测器(26)；所述发送模块(1)的输出端连接光纤环形器(21)的输入端，光纤环形器(21)的一个输出端连接第一单光子探测器(25)的输入端，光纤环形器(21)的另一个输出端与第一偏振分束器(22)的输入端双向连接，第一偏振分束器(22)的两个输出端与第一马赫曾德尔干涉仪(23)的两端对应双向连接，第一马赫曾德尔干涉仪(23)的另外两端均连接第二偏振分束器(24)的输入端，第二偏振分束器(24)的输出端连接第二单光子探测器(26)的输入端。


2.根据权利要求1所述的一种抗偏振扰动的相位编码量子密钥分发系统，其特征在于：所述发送模块(1)包括脉冲激光器(11)、强度调制器(12)、第二马赫曾德尔干涉仪(13)和电可调衰减器(14)；所述脉冲激光器(11)的输出端连接强度调制器(12)的输入端，强度调制器(12)的输出端连接第二马赫曾德尔干涉仪(13)的一端，第二马赫曾德尔干涉仪(13)的另一端连接电可调衰减器(14)的输入端，电可调衰减器(14)的输出端连接光纤环形器(21)的输入端。


3.根据权利要求2所述的一种抗偏振扰动的相位编码量子密钥分发系统，其特征在于：所述第一马赫曾德尔干涉仪(23)和第二马赫曾德尔干涉仪(13)的结构相同；所述第一马赫曾德尔干涉仪(23)包括第一分束器(27)、第二分束器(28)和第一相位调制器(29)；所述第一分束器(27)的第一端分别与第二分束器...

【专利技术属性】
技术研发人员：宋萧天，王东，曹兆龙，赵义博，
申请(专利权)人：赵义博，宋萧天，
类型：新型
国别省市：浙江;33