量子密钥分发系统的调制装置及制备稳定强度状态的方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种用于诱骗态量子密钥分发系统的调制装置，包括：第一分光单元，配置成接收入射光脉冲，并将所述入射光脉冲分为第一脉冲和第二脉冲；第一调制单元，与所述第一分光单元耦接，配置成接收所述第一脉冲，调制后生成第一干涉脉冲；第二调制单元，与所述第一分光单元耦接，配置成接收所述第二脉冲，调制后生成第二干涉脉冲；第三调制单元，与所述第一调制单元和所述第二调制单元耦接，配置成接收所述第一干涉脉冲和所述第二干涉脉冲，调制后生成第三干涉脉冲。本发明专利技术所提供的用于诱骗态量子密钥分发系统的调制装置及使用其制备稳定强度状态的编码方式，能够有效抑制相邻光脉冲之间的编码记忆效应(pattern effect)，确保了编码脉冲之间的独立性。保了编码脉冲之间的独立性。保了编码脉冲之间的独立性。

【技术实现步骤摘要】
量子密钥分发系统的调制装置及制备稳定强度状态的方法


[0001]本专利技术涉及量子通信
，尤其涉及一种用于诱骗态量子密钥分发系统的调制装置及使用其制备稳定强度状态的编码方式。

技术介绍

[0002]与经典通讯技术相比，基于量子密钥分发(QKD)的量子通信技术能够确保信息传输的理论安全性，然而，实现量子密钥分发的前提是具备理想的单光子源。由于缺乏理想的单光子源，实际应用中通常使用单光子水平的弱相干光替代，但其中的多光子成分会被窃听者利用产生安全漏洞。后来，人们提出诱骗态的方法能够完美的解决该问题。
[0003]基于诱骗态的量子密钥分发系统能够大幅度提高安全成码率和传输距离。目前，几乎所有实用化量子密钥分发系统都采用诱骗态编码方式。常见的基于诱骗态的量子密钥分发系统需要制备3个不同强度的弱相干光脉冲用来编码，商用的强度调制器(IM)利用基于铌酸锂的马赫
‑
曾德尔干涉原理(MZI)制成，利用铌酸锂的电光性质，调节驱动电压来改变两臂之间的相位差，以实现强度调制。其传输函数如图1所示，其中：
[0004][0005]其中μ
in
是输入光强度，α是马赫
‑
曾德尔干涉仪结构的两臂之间的相位差，通过调节施加在两臂上的电压差，可以调节铌酸锂介质的折射率，从而调节两臂之间的相位差。
[0006]诱骗态量子密钥分发系统通常利用IM强度调制器产生3个强度状态，包括信号态(S态)，真空态(V态)和诱骗态(D态)。其中，信号态(S态)和真空态(V态)选择IM强度调制器的极大值点和极小值点，电压漂移对输出光强度的影响可以忽略。如图1所示，在S态，当电脉冲波形抖动(ΔV)时，输出光电流强度的变化不大(ΔI
S
)。而诱骗态(D态)只能选择斜率较大的中间区域，容易受到电脉冲波形失真的影响，如图1所示，在D态，当电脉冲波形抖动(ΔV)时，输出光电流强度会产生明显的变化波动(ΔI
D
)。输出光电流强度的波动在高速调制应用中会引起相邻脉冲之间的关联效应(pattern effect)，严重违背量子密钥分发系统对于编码脉冲独立性的要求。
[0007]针对强度调制器存在的缺陷，目前主要有三种解决方式：后处理、基于萨格纳克效应(Sagnac)的强度调制器和中科大提出的多路平行MZI强度调制器.
[0008]后处理的解决方案根据前后脉冲的关联状态决定目标脉冲的保留或是丢弃(，在实际操作中会丢弃大量的脉冲，这不可避免的降低了安全成码率。
[0009]Sagnac强度调制器只能产生两个稳定的强度调制，不能满足多强度诱骗态的制备，同时该强度调制器采用的共路径干涉机制存在固有的速度限制，是未来的量子密钥分发系统的短板。
[0010]多路平行MZI强度调制器从理论上能够产生多个稳定的强度状态，但要求强度调制器的分光比进行特殊设计，而商用的强度调制器通常采用对称分光比.其次，多路平行MZI采用单端微波注入方式存在明显的啁啾效应，同时，调制电压高，相位编码不准确。对于
三强度诱骗态系统，采用双电平电压编码，真空态编码强度并不为0，系统误码率会明显增加。

技术实现思路

[0011]有鉴于现有技术的至少一个缺陷，本专利技术提供一种用于诱骗态量子密钥分发系统的调制装置，包括：
[0012]第一分光单元，配置成接收入射光脉冲，并将所述入射光脉冲分为第一脉冲和第二脉冲；
[0013]第一调制单元，与所述第一分光单元耦接，配置成对所述第一脉冲进行调制，以生成第一干涉脉冲；
[0014]第二调制单元，与所述第一分光单元耦接，配置成对所述第二脉冲进行调制，以生成第二干涉脉冲；
[0015]第三调制单元，与所述第一调制单元和所述第二调制单元耦接，配置成对所述第一干涉脉冲和所述第二干涉脉冲进行调制，以生成第三干涉脉冲，所述第三干涉脉冲具有四个极值点。
[0016]根据本专利技术的一个方面，其中所述第一调制单元包括：
[0017]第二分光单元，配置成接收所述第一脉冲，并将所述第一脉冲分为第三脉冲和第四脉冲；
[0018]第一波导单元，包括两条波导，与所述第二分光单元耦接，配置成接收所述第三脉冲和所述第四脉冲，使所述第三脉冲和所述第四脉冲分别沿所述两条波导中的一条波导传输；
[0019]第一相位调制单元，与所述第一波导单元耦接，配置成调制所述第三脉冲和所述第四脉冲的相位差；
[0020]第一耦合单元，与所述第一波导单元耦接，配置成接收调制后的所述第三脉冲和所述第四脉冲，并将调制后的所述第三脉冲和所述第四脉冲耦合，输出所述第一干涉脉冲。
[0021]根据本专利技术的一个方面，其中所述第二调制单元包括：
[0022]第三分光单元，配置成接收所述第二脉冲，并将所述第二脉冲分为第五脉冲和第六脉冲；
[0023]第二波导单元，包括两条波导，与所述第三分光单元耦接，配置成接收所述第五脉冲和所述第六脉冲，使所述第五脉冲和所述第六脉冲分别沿所述第二波导单元的两条波导中的一条波导传输；
[0024]第二相位调制单元，与所述第二波导单元耦接，配置成调制所述第五脉冲和所述第六脉冲的相位差；
[0025]第二耦合单元，与所述第二波导单元耦接，配置成接收调制后的所述第五脉冲和所述第六脉冲，并将调制后的所述第五脉冲和所述第六脉冲耦合，输出所述第二干涉脉冲。
[0026]根据本专利技术的一个方面，其中所述第三调制单元包括：
[0027]第三波导单元，包括两条波导，分别与所述第一耦合单元和所述第二耦合单元耦接，配置成接收所述第一干涉脉冲和所述第二干涉脉冲，使所述第一干涉脉冲和所述第二干涉脉冲分别沿所述第三波导单元的两条波导中的一条波导传输；
[0028]第三相位调制单元，与所述第三波导单元耦接，配置成调制所述第一干涉脉冲和所述第二干涉脉冲的相位差；
[0029]第三耦合单元，与所述第三波导单元耦接，配置成接收调制后的所述第一干涉脉冲和所述第二干涉脉冲，并将调制后的所述第一干涉脉冲和所述第二干涉脉冲耦合，输出所述第三干涉脉冲。
[0030]根据本专利技术的一个方面，其中所述第一分光单元、所述第二分光单元和/或所述第三分光单元的分光比均为1:1。
[0031]根据本专利技术的一个方面，其中所述第一波导单元和所述第二波导单元中的任一个的两条波导平行排列，并以铌酸锂材料制成，所述第一相位调制单元和所述第二相位调制单元分别包括：
[0032]行波电极，配置成为相应的两条波导注入射频信号；
[0033]直流偏置电极，配置成为相应的两条波导注入直流电压。
[0034]根据本专利技术的一个方面，其中所述第一相位调制单元和所述第二相位调制单元进一步配置成：
[0035]通过所述行波电极分别向相应的两条波导注入射频信号，注入所述相应的两条波导的射频信号的方向相反。
[0036]根据本专利技术的一个方面，其中所述第一相位调制单元和所述第二相位调制单元进一本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于诱骗态量子密钥分发系统的调制装置，其特征在于，包括：第一分光单元，配置成接收入射光脉冲，并将所述入射光脉冲分为第一脉冲和第二脉冲；第一调制单元，与所述第一分光单元耦接，配置成对所述第一脉冲进行调制，以生成第一干涉脉冲；第二调制单元，与所述第一分光单元耦接，配置成对所述第二脉冲进行调制，以生成第二干涉脉冲；第三调制单元，与所述第一调制单元和所述第二调制单元耦接，配置成对所述第一干涉脉冲和所述第二干涉脉冲进行调制，以生成第三干涉脉冲，所述第三干涉脉冲具有四个极值点。2.如权利要求1所述的调制装置，其中所述第一调制单元包括：第二分光单元，配置成接收所述第一脉冲，并将所述第一脉冲分为第三脉冲和第四脉冲；第一波导单元，包括两条波导，与所述第二分光单元耦接，配置成接收所述第三脉冲和所述第四脉冲，使所述第三脉冲和所述第四脉冲分别沿所述两条波导中的一条波导传输；第一相位调制单元，与所述第一波导单元耦接，配置成调制所述第三脉冲和所述第四脉冲的相位差；第一耦合单元，与所述第一波导单元耦接，配置成接收调制后的所述第三脉冲和所述第四脉冲，并将调制后的所述第三脉冲和所述第四脉冲耦合，输出所述第一干涉脉冲。3.如权利要求2所述的调制装置，其中所述第二调制单元包括：第三分光单元，配置成接收所述第二脉冲，并将所述第二脉冲分为第五脉冲和第六脉冲；第二波导单元，包括两条波导，与所述第三分光单元耦接，配置成接收所述第五脉冲和所述第六脉冲，使所述第五脉冲和所述第六脉冲分别沿所述第二波导单元的两条波导中的一条波导传输；第二相位调制单元，与所述第二波导单元耦接，配置成调制所述第五脉冲和所述第六脉冲的相位差；第二耦合单元，与所述第二波导单元耦接，配置成接收调制后的所述第五脉冲和所述第六脉冲，并将调制后的所述第五脉冲和所述第六脉冲耦合，输出所述第二干涉脉冲。4.如权利要求3所述的调制装置，其中所述第三调制单元包括：第三波导单元，包括两条波导，分别与所述第一耦合单元和所述第二耦合单元耦接，配置成接收所述第一干涉脉冲和所述第二干涉脉冲，使所述第一干涉脉冲和所述第二干涉脉冲分别沿所述第三波导单元的两条波导中的一条波导传输；第三相位调制单元，与所述第三波导单元耦接，配置成调制所述第一干涉脉冲和所述第二干涉脉冲的相位差；第三耦合单元，与所述第三波导单元耦接，配置成接收调制后的所述第一干涉脉冲和所述第二干涉脉冲，并将调制后的所述第一干涉脉冲和所述第二干涉脉冲耦合，输出所述第三干涉脉冲。5.如权利要求3或4所述的调制装置，其中所述第一分光单元、所述第二分光单元和/或
所述第三分光单元的分光比均为1:1。6.如权利要求3或4所述的调制装置，其中所述第一波导单元和所述第二波导单元中的任一个的两条波导平行排列，并以铌酸锂材料制成，所述第一相位调制单元和所述第二相位调制单元分别包括：行波电极，配置成为相应的两条波导注入射频信号；直流偏置电极，配置成为相应的两条波导注入直流电压。7.如权利要求6所述的调制装置，其中所述第一相位调制单元和所述第二相位调制单元进一步配置成：通过所述行波电极分别向相应的两条波导注入射频信号，注入所述相应的两条波导的射频信号的方向相反。8.如权利要求7所述的调制装置，其中所述第一相位调制...

【专利技术属性】
技术研发人员：高远飞，袁之良，
申请(专利权)人：北京量子信息科学研究院，
类型：发明
国别省市：