一种可调延时干涉仪及量子密钥分发系统技术方案

一种可调延时干涉仪，包括第一分束器BS1、第二分束器BS2、偏振光路选择模块POSM和偏振旋转模块PRM，第一分束器BS1的输入端口作为干涉仪的输入端口，第一分束器BS1的第二输出端口连接偏振光路选择模块POSM的第一端口，偏振光路选择模块POSM的第四端口连接第二分束器BS2的第二输入端口，构成不等臂马赫

【技术实现步骤摘要】
一种可调延时干涉仪及量子密钥分发系统


[0001]本专利技术涉及量子相位编码
，特别涉及一种可调延时干涉仪及量子密钥分发系统。

技术介绍

[0002]量子密钥分发协议（quantum key distribution，QKD）可以为远距离的通信双方提供无条件安全的密钥分发，其信息理论安全性由量子力学的基本原理来保障。其中海森堡不确定性原理保证了一切窃听行为必将导致信道中传输的量子态发生改变，从而产生误码。根据误码来估算窃听者得到的原始密钥的信息量，从而保证通信过程的安全性，达到通信双方的最远传输距离。因此信号扰动是所有现有量子密钥分发协议中约束潜在信息泄露的必要监控因素。环回差分相位量子密钥分发协议（Round
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robin
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differential phase shift QKD，RRDPS
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QKD）将相位错误与比特错误之间的联系切断，不需要通过监控信道扰动的比特错误来估计相位错误，该协议原则上对大数据块脉冲的信道干扰具有很强的鲁棒性，因而被称为高容错率量子密钥分发协议。然而，RRDPS
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QKD协议对设备的接收装置要求很高。接收端干涉仪需要具有多种延时，其可以容纳的脉冲延时数量直接决定了该协议的密钥率、容错率和安全性。现有技术中接收端干涉仪的可选延时数量和最大延时量是确定的，因此RRDPS
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QKD协议的脉冲环回长度L能够达到的最大值就已经固定。一种现有技术的接收端干涉仪如图1所示，该方案采用4种延时的干涉仪，利用1x4BS随机选择不同的延时光路。然而，这种被动选择的单向式可调延时干涉装置会消耗大量的单光子探测器，而且延时选择范围小，最大L值仅为5，对误码的容忍性没有明显提高。
[0003]由于现有技术中干涉仪的最大延时量是确定的，即L值是固定的，而固定的L值不能用于优化协议的密钥率。并且现有技术中实现多种延时的干涉仪结构庞大复杂，增加了系统的复杂度和成本，降低了该协议的实用性。

技术实现思路

[0004]针对现有技术存在以上缺陷，本专利技术提出一种可调延时干涉仪及量子密钥分发系统，用以解决现有技术中干涉仪的最大延时量是确定的，即L值是固定的，而固定的L值不能用于优化协议的密钥率以及干涉仪结构庞大复杂的技术缺陷。
[0005]本专利技术提供一种可调延时干涉仪及量子密钥分发系统如下：本专利技术的技术方案是这样实现的：一种可调延时干涉仪，包括第一分束器BS1、第二分束器BS2、偏振光路选择模块POSM和偏振旋转模块PRM，第一分束器BS1包括一个输入端口和第一输出端口、第二输出端口，第二分束器BS2包括第一输入端口、第二输入端口和第一输出端口、第二输出端口，第一分束器BS1的输入端口作为干涉仪的输入端口，第一分束器BS1的第一输出端口直接与第二分束器BS2的第一输入端口通过光纤相连，第一分束器BS1的第二输出端口连接偏振光路选择模块POSM的第一端口，偏振光路选择模块POSM的第四端口连接第二分束器BS2的第二输
入端口，构成不等臂马赫
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曾德尔干涉仪；第二分束器BS2的第一输出端口、第二输出端口分别作为干涉仪的两个输出端口，偏振光路选择模块POSM的第二端口、第三端口分别与偏振旋转模块PRM的第一端口、第二端口相连，偏振光路选择模块POSM与偏振旋转模块PRM构成基本延时为T的可调延时回路ADL，并位于干涉仪的长臂，用于通过调制光子偏振态改变光子在其内环回传播的时间，从而调节干涉仪的延时为T的N倍。
[0006]优选地，所述可调延时回路ADL的结构为：所述偏振光路选择模块POSM为第一偏振分束器PBS1，所述偏振旋转模块PRM包括第一光开关OS1和第二光开关OS2，所述第一偏振分束器PBS1的第一端口、第二端口、第三端口和第四端口分别作为偏振光路选择模块POSM的第一端口、第二端口、第三端口和第四端口，其中第四端口的保偏光纤进行90
°
熔接；所述第一光开关OS1的第二端口和第二光开关OS2的第二端口通过90
°
光纤熔接后相连，形成路径a，所述第一光开关OS1的第三端口和第二光开关OS2的第三端口直接相连形成路径b，所述路径a和路径b长度相同，所述第一光开关OS1的第一端口和第二光开关OS2的第一端口分别作为偏振旋转模块PRM的第二端口和第一端口，偏振光路选择模块POSM和偏振旋转模块PRM构成的回路基本延时为T。
[0007]优选地，所述可调延时回路ADL的结构为：所述偏振光路选择模块POSM为第二偏振分束器PBS2，所述偏振旋转模块PRM包括第一环形器CIR1、第三偏振分束器PBS3和第一相位调制器PM1，所述第二偏振分束器PBS1的第一端口、第二端口、第三端口和第四端口分别作为偏振光路选择模块POSM的第一端口、第二端口、第三端口和第四端口，其中第四端口的保偏光纤L1进行90
°
熔接；所述第一环形器CIR1的第一端口和第三端口分别作为偏振旋转模块PRM的第二端口和第一端口，所述第一环形器CIR1的第二端口与第三偏振分束器PBS3的第一端口通过保偏光纤45
°
熔接后相连；第三偏振分束器PBS3的第二端口和第三端口通过第一相位调制器PM1以及保偏光纤相连，构成萨格纳克环，偏振光路选择模块POSM和偏振旋转模块PRM构成的回路基本延时为T，包括第一环形器CIR1与第二偏振分束器PBS2构成环形结构的长度Lc、2倍第一环形器CIR1与第三偏振分束器PBS3之间的光纤长度L1以及所述萨格纳克环的长度Ls所构成的长度对应的脉冲传播时间，即T=(Lc+2L1+Ls)/c，其中c为光在光纤中的传播速度。
[0008]优选地，所述可调延时回路ADL的结构为：所述偏振光路选择模块POSM为第二环形器CIR2和第四偏振分束器PBS4，所述偏振旋转模块PRM包括第五偏振分束器PBS5、第二相位调制器PM2和反射镜M，所述第二环形器CIR2的第一端口和第三端口分别作为偏振光路选择模块POSM的第一端口和第四端口，所述第四偏振分束器PBS3的第二端口和第三端口分别作为偏振光路选择模块POSM的第二端口和第三端口；所述第二环形器CIR2的第二端口与第四偏振分束器PBS4的第一端口通过光纤L2相连；所述第五偏振分束器PBS5的第一端口和反射镜M的端口分别作为PRM的第一端口和第二端口；所述第四偏振分束器PBS4的第二端口与第五偏振分束器PBS5的第一端口通过保偏光纤L3进行45
°
熔接后相连；第五偏振分束器PBS5的第二端口和第三端口通过第二相位调制器PM2以及保偏光纤相连，构成萨格纳克环；所述第四偏振分束器PBS4的第三端口与反射镜M通过光纤L4相连。
[0009]本专利技术还提供了一种量子密钥分发系统，包括发射端Alice以及接收端Bob，接收端Bob包括权利要求2
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4中任意一种可调延时干涉仪，发射端Alice包括依次相连的激光器LD、强度调制器IM、相位调制器PM和衰减器ATT，所述发射端Al本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种可调延时干涉仪，其特征在于，包括第一分束器BS1、第二分束器BS2、偏振光路选择模块POSM和偏振旋转模块PRM，第一分束器BS1包括一个输入端口和第一输出端口、第二输出端口，第二分束器BS2包括第一输入端口、第二输入端口和第一输出端口、第二输出端口，第一分束器BS1的输入端口作为干涉仪的输入端口，第一分束器BS1的第一输出端口直接与第二分束器BS2的第一输入端口通过光纤相连，第一分束器BS1的第二输出端口连接偏振光路选择模块POSM的第一端口，偏振光路选择模块POSM的第四端口连接第二分束器BS2的第二输入端口，构成不等臂马赫
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曾德尔干涉仪；第二分束器BS2的第一输出端口、第二输出端口分别作为干涉仪的两个输出端口，偏振光路选择模块POSM的第二端口、第三端口分别与偏振旋转模块PRM的第一端口、第二端口相连，偏振光路选择模块POSM与偏振旋转模块PRM构成基本延时为T的可调延时回路ADL，并位于干涉仪的长臂，用于通过调制光子偏振态改变光子在其内环回传播的时间，从而调节干涉仪的延时为T的N倍。2.如权利要求1所述的可调延时干涉仪，其特征在于，所述可调延时回路ADL的结构为：所述偏振光路选择模块POSM为第一偏振分束器PBS1，所述偏振旋转模块PRM包括第一光开关OS1和第二光开关OS2，所述第一偏振分束器PBS1的第一端口、第二端口、第三端口和第四端口分别作为偏振光路选择模块POSM的第一端口、第二端口、第三端口和第四端口，其中第四端口的保偏光纤进行90
°
熔接；所述第一光开关OS1的第二端口和第二光开关OS2的第二端口通过90
°
光纤熔接后相连，形成路径a，所述第一光开关OS1的第三端口和第二光开关OS2的第三端口直接相连形成路径b，所述路径a和路径b长度相同，所述第一光开关OS1的第一端口和第二光开关OS2的第一端口分别作为偏振旋转模块PRM的第二端口和第一端口，偏振光路选择模块POSM和偏振旋转模块PRM构成的回路基本延时为T。3.如权利要求2所述的可调延时干涉仪，其特征在于，所述可调延时回路ADL的结构为：所述偏振光路选择模块POSM为第二偏振分束器PBS2，所述偏振旋转模块PRM包括第一环形器CIR1、第三偏振分束器PBS3和第一相位调制器PM1，所述第二偏振分束器PBS1的第一端口、第二端口、第三端口和第四端口分别作为偏振光路选择模块POS...

【专利技术属性】
技术研发人员：王士通，王慎，周宏飞，
申请(专利权)人：杭州慧明量子通信技术有限公司，
类型：发明
国别省市：