一种基于sagnac环的强度调制偏振编码量子密钥分发系统技术方案

本发明专利技术公开了一种基于sagnac环的强度调制偏振编码量子密钥分发系统，包括通信端Bob和通信端Alice，所述通信端Bob和通信端Alice通过光纤信道连接；所述通信端Bob中的激光器产生光信号进入光隔离器后输出与猫眼方向平行的线偏振信号进入第一保偏分束器；第一保偏分束器输出与猫眼方向平行的线偏振信号进入通信端Alice；通信端Alice将所述与猫眼方向水平的线偏振信号分束成强度均等的第一线偏振信号和第二线偏振信号并进行强度调制后通过第三偏振分束器进行合束叠加输出最终偏振态信号进入通信端Bob中的第一单光子探测器至第四单光子探测器进行测量。本发明专利技术通过一个强度调制器实现了信号的偏振编码和量子态调制，降低了QKD的设备成本。低了QKD的设备成本。低了QKD的设备成本。

【技术实现步骤摘要】
一种基于sagnac环的强度调制偏振编码量子密钥分发系统


[0001]本专利技术涉及基于光纤网络的量子密钥分发光通信领域，具体涉及一种基于sagnac环的强度调制偏振编码量子密钥分发系统。

技术介绍

[0002]量子密钥分发(QKD)是一种新型的对称式加密通信技术，它的安全性基于量子力学的基本原理。相比于目前广泛使用的传统非对称式加密方式如RSA算法，QKD技术能够抵御具有强大并行计算能力的量子计算机的攻击，为未来的安全通信保驾护航。
[0003]QKD根据传输信道的不同可以分为两种：光纤QKD和自由空间QKD
[0004]由于光纤信道的固有损耗(0.2dB/km@1550nm)，光信号在光纤中远距离传输的衰减太大，限制了光纤QKD的通信距离。目前尚未有任何实验能够突破超1000km的传输距离。而基于自由空间信道的QKD已经实现了超1200km的密钥分发。
[0005]研究者唐志列等提出相位调制偏振控制QKD系统，郭邦红等提出联合调制QKD系统，它们基于非等臂干涉仪相位调制偏振控制或相位偏振联合调制原理，而基于sagnac环的即插即用系统，具有结构简单稳定性好的优点。
[0006]因此，有待对现有技术的不足进行改进，提出一种基于sagnac环的强度调制偏振编码量子密钥分发系统。

技术实现思路

[0007]本专利技术的目的是为了克服已有技术的缺陷，为了解决在光纤信道中传输的稳定性问题，提出了一种基于sagnac环的强度调制偏振编码量子密钥分发系统。
[0008]本专利技术方法通过下述技术方案实现的：
[0009]一种基于sagnac环的强度调制偏振编码量子密钥分发系统，所述系统包括通信端Bob和通信端Alice，所述通信端Bob和通信端Alice通过光纤信道连接；
[0010]所述通信端Bob包括激光器、光隔离器、第一保偏分束器、偏振控制器、第二保偏分束器、第一偏振分束器、第二偏振分束器和第一单光子探测器至第四单光子探测器；
[0011]所述激光器、光隔离器和第一保偏分束器依次相连，所述第一保偏分束器的输出端口通过偏振控制器与第二保偏分束器相连；所述第二保偏分束器的输出端口分别与第一偏振分束器、第二偏振分束器相连，所述第一偏振分束器分别与第一单光子探测器和第二单光子探测器相连，所述第二偏振分束器分别与第三单光子探测器和第四单光子探测器相连；
[0012]所述通信端Alice包括第三偏振分束器、强度调制器、第四偏振分束器和法拉第反射镜；所述第三偏振分束器和第四偏振分束器的第一输出端口分别与强度调制器的两个端口连接；所述第三偏振分束器和第四偏振分束器的第二输出端口通过保偏光纤连接形成闭环回路，所述第四偏振分束器的输入端口与法拉第反射镜通过光信号连接；
[0013]所述通信端Bob用于产生光信号输入到所述通信端Alice；
[0014]所述通信端Alice用于对光信号进行偏振态调制和弱相干态调制后输入到通信端Bob中进行测量。
[0015]优选地，所述通信端Bob中的激光器产生光信号进入光隔离器，所述光隔离器过滤掉与猫眼方向垂直的线偏振信号后，输出与猫眼方向平行的线偏振信号进入第一保偏分束器，所述线偏振信号通过输入端口反向输入所述第一保偏分束器并输出进入通信端Alice。
[0016]优选地，所述光隔离器的输出端口猫眼方向与所述保偏光纤的光纤连接器的key键平行；
[0017]所述第一保偏分束器的两个输出端口猫眼方向与所述保偏光纤的光纤连接器的key键平行，输入端口猫眼方向与保偏光纤的光纤连接器的key键呈45
°
角。
[0018]优选地，所述信号进入第三偏振分束器后被分束成强度均等的第一线偏振信号和第二线偏振信号；
[0019]所述第一线偏振信号从第三偏振分束器的第一输出端口输出并进入强度调制器进行强度调制处理后通过第四偏振分束器输入到法拉第反射镜进行反射后线偏振信号A1,所述线偏振信号A1正向输入到第四偏振分束器后输出线偏振信号A2，所述线偏振信号A2从第三偏振分束器的第二输出端口反向输入到第三偏振分束器后输出线偏振信号A3；
[0020]所述第二线偏振信号从偏振分束器的第二输出端口输出并通过保偏光纤输入到第四偏振分束器的第二输出端口反向输入到第四偏振分束器后输出线偏振信号B1，所述线偏振信号B1进入法拉第反射镜进行反射后输出线偏振信号B2，所述线偏振信号B2进入强度调制器进行强度调制处理，最后从第三偏振分束器的第一输出端口反向输入到第三偏振分束器后输出线偏振信号B3；
[0021]所述线偏振信号A3和所述线偏振信号B3两束信号进入第三偏振分束器进行合束叠加输出最终偏振态信号进入通信端Bob。
[0022]优选地，所述第三偏振分束器和第四偏振分束器的输入端口猫眼方向与保偏光纤的光纤连接器的key键平行，输出端口一猫眼方向与保偏光纤的光纤连接器的key键平行，输出端口二猫眼方向与保偏光纤的光纤连接器的key键垂直；
[0023]所述强度调制器的输入端口猫眼方向与光纤连接器的key键平行，输出端口猫眼方向与保偏光纤的光纤连接器的key键平行。
[0024]优选地，所述强度调制处理的情况如下：
[0025]当线偏振信号A3的强度为a1和线偏振信号B3的强度为a2时，设所述线偏振信号A3和所述线偏振信号B3的相位差δ，两束信号合束后，信号的偏振轨迹满足如下公式：
[0026][0027]其中，δ表示两束信号之间的相位差，E
x
和E
y
分别表示与猫眼平行和垂直的电场分量，a1和a2分别表示线偏振信号A3的强度和线偏振信号B3的强度。
[0028]优选地，当所述线偏振信号A3和所述线偏振信号B3的相位差δ＝0时，则所述合束后信号的偏振方向φ满足公式如下：
[0029][0030]其中，φ表示最终偏振态信号的偏振方向，a1和a2分别表示线偏振信号A3的强度和
线偏振信号B3的强度。
[0031]优选地，最终偏振态信号进入通信端Bob后，先正向通过第一保偏分束器进行分束后从第一保偏分束器的第二输出端口输出信号进入偏振控制器进行基矢的转换得到直角基或对角基线偏振信号，然后所述线偏振信号进入第二保偏分束器进行分束后输出第一路信号和第二路信号分别进入第一偏振分束器和第二偏振分束器后输出与猫眼方向水平和垂直的线偏振信号分别进入第一单光子探测器至第四单光子探测器进行测量。
[0032]本专利技术的有益效果为：
[0033]本专利技术基于sagnac环的相位自补偿原理，能够实现偏振态在光纤信道中传输的稳定性；本专利技术基于垂直偏振态的叠加原理，通过强度调制的方式实现了信号的偏振编码，而且将信号的偏振编码和量子态调制通过一个强度调制器实现，降低了QKD的设备成本。
附图说明
[0034]图1为本专利技术的系统框图；
[0035]图2为本专利技术的猫眼保偏光纤及光纤连接器截面示意图。
[本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于sagnac环的强度调制偏振编码量子密钥分发系统，其特征在于，所述系统包括通信端Bob和通信端Alice，所述通信端Bob和通信端Alice通过光纤信道连接；所述通信端Bob包括激光器、光隔离器、第一保偏分束器、偏振控制器、第二保偏分束器、第一偏振分束器、第二偏振分束器和第一单光子探测器至第四单光子探测器；所述激光器、光隔离器和第一保偏分束器依次相连，所述第一保偏分束器的输出端口通过偏振控制器与第二保偏分束器相连；所述第二保偏分束器的输出端口分别与第一偏振分束器、第二偏振分束器相连，所述第一偏振分束器分别与第一单光子探测器和第二单光子探测器相连，所述第二偏振分束器分别与第三单光子探测器和第四单光子探测器相连；所述通信端Alice包括第三偏振分束器、强度调制器、第四偏振分束器和法拉第反射镜；所述第三偏振分束器和第四偏振分束器的第一输出端口分别与强度调制器的两个端口连接；所述第三偏振分束器和第四偏振分束器的第二输出端口通过保偏光纤连接形成闭环回路，所述第四偏振分束器的输入端口与法拉第反射镜通过光信号连接；所述通信端Bob用于产生光信号输入到所述通信端Alice；所述通信端Alice用于对光信号进行偏振态调制和弱相干态调制后输入到通信端Bob中进行测量。2.根据权利要求1所述的一种基于sagnac环的强度调制偏振编码量子密钥分发系统，其特征在于，所述通信端Bob中的激光器产生光信号进入光隔离器，所述光隔离器过滤掉与猫眼方向垂直的线偏振信号后，输出与猫眼方向平行的线偏振信号进入第一保偏分束器，所述线偏振信号通过输入端口反向输入所述第一保偏分束器并输出进入通信端Alice。3.根据权利要求2所述的一种基于sagnac环的强度调制偏振编码量子密钥分发系统，其特征在于，所述光隔离器的输出端口猫眼方向与所述保偏光纤的光纤连接器的key键平行；所述第一保偏分束器的两个输出端口猫眼方向与所述保偏光纤的光纤连接器的key键平行，输入端口猫眼方向与保偏光纤的光纤连接器的key键呈45
°
角。4.根据权利要求2所述的一种基于sagnac环的强度调制偏振编码量子密钥分发系统，其特征在于，所述信号进入第三偏振分束器后被分束成强度均等的第一线偏振信号和第二线偏振信号；所述第一线偏振信号从第三偏振分束器的第一输出端口输出并进入强度调制器进行强度调制处理后通过第四偏振分束器输入到法拉第反射镜进行反射后线偏振信号A1,所述线偏振信号A1正向输入到第四偏振分束器后输出线偏振信号A2，所述线偏振信号A2从第三偏振分束器的第二输出...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭邦红，朱明昊，谢欢文，
申请(专利权)人：广东国腾量子科技有限公司，
类型：发明
国别省市：