[发明专利]编码装置、光反射器及基于其的量子密钥分发设备及系统

说明书

本发明公开了一种编码装置，包括：偏振分束旋转器PSR，用于接收输入信号光，将输入信号光分成偏振模式相同的两部分，分别发送给偏振旋转结构和调制器；偏振旋转结构，与PSR和调制器相连，具有从一端进入的光信号偏振方向旋转180度，从另一端进入的光信号偏振方向不变的功能；调制器，用于对输入到调制器的光进行调制；PSR，还用于接收偏振旋转结构和调制器发送的信号光，将两个信号光进行合束，得到输出信号光，将输出信号光发送出去。本发明实施例可以支持高速调制器，满足高速通信的要求。

技术领域

本发明涉及光通信领域，特别涉及一种编码装置及基于该编码装置的量子密钥分发QKD设备及系统。

背景技术

量子通信是在经典信息论和量子力学的基础上发展起来的通信技术，现在实用化的量子通信技术主要是指量子密钥分发(Quantum Key Distribution， QKD)。其中，密钥的安全性依赖于量子力学基本原理，例如测量塌缩理论，不可克隆和测不准原理，因此，利用QKD系统分配给通信双方的密钥在理论上已经被证明是安全的，QKD在军事、国防、信息安全等领域拥有广阔的应用前景。

现有的QKD系统如图1所示，量子光源位于发送端(Alice端)，用于产生光脉冲，该光脉冲经过分束器被分成两个光脉冲P1和P2，P1走短臂，P2走长臂；P1经过法拉第旋转镜(Faraday Mirror，FM)之后，返回到分束器，P2经过调制器和FM之后，返回到分束器710，两个光脉冲P1和P2依次经过衰减器，被衰减到单光子量级之后，通过量子信道发送到接收端(Bob端)，其中，P2在经过调制器时被调制了Alice端的信息。

在Bob端中，P1和P2依次被环形器接收，并发送给Bob端的分束器，光脉冲P1被分成P11和P12，光脉冲P2被分成P20和P22，其中，P11和P20走短臂，P12和P22走长臂。P11和P20将经过FM之后，返回到分束器，而P12和 P22将经过调制器和FM，被调制了Bob端的信息之后，再返回到分束器；由于 Bob端和Alice端的长臂和短臂的光程差相同，故P12和P20将同时到达分束器，在此处发生干涉，干涉信号被两个单光子探测器D1和D2获得。根据相应的量子密钥分配协议处理两个单光子探测器的探测结果，即可得到量子密钥。

然而，在现有的QKD系统中，被调制的光脉冲(如Alice端的P2，Bob端的P12)都要先经过一次调制器，再被FM将偏振方向旋转90度之后再经过一次调制器，而高速的调制器均为偏振相关的，例如，在通常情况下，对TE偏振光的插损为6dB，对TM偏振光的插损为30dB，光脉冲一次往返就相当于衰减了36dB，衰减过大。因此，现有的QKD系统只能采用低速率的调制器，无法满足高速通信的要求。

发明内容

本发明的目的在于提供一种编码装置，该编码装置可以替换掉现有QKD系统中的FM和调制器，解决了现有的QKD系统只能采用低速率的调制器，无法满足高速通信要求的问题。

第一方面，提供一种编码装置，包括：偏振分束旋转器PSR，偏振旋转结构和调制器，所述PSR，具有三个端口，从所述PSR的第一端口接收输入信号光，将所述输入信号光分成第一偏振光和第二偏振光，将所述第一偏振光通过所述 PSR的第二端口发送给所述偏振旋转结构，将所述第二偏振光通过所述PSR的第三端口发送给所述调制器，其中，所述第一偏振光和所述第二偏振光的偏振模式相同；所述偏振旋转结构，用于将所述第一偏振光的偏振方向旋转180度，得到旋转后的第一偏振光，将所述旋转后的第一偏振光发送给所述调制器；所述调制器，用于对所述旋转后的第一偏振光进行调制，得到第一信号光，将所述第一信号光发送到所述PSR的第三端口；还用于对所述第二偏振光进行调制，得到第二信号光，将所述第二信号光发送给所述偏振旋转结构；所述偏振旋转结构，还用于将所述第二信号光发送到所述PSR的第二端口；所述PSR，还用于将所述第一信号光和所述第二信号光进行合束，得到输出信号光，将所述输出信号光通过所述PSR的第一端口发送出去，其中，所述输出信号光的偏振方向与所述输入信号光的偏振方向垂直。