[发明专利]一种基于光开关控制的量子密钥分配系统与方法

权利要求书

1.一种基于光开关控制的量子密钥分配系统，其特征在于：包括通过量子信道连接的发射端与接收端，所述发射端包括发射端驱动板、信号激光器、同步激光器、强度调制器、1*4路光开关、四路波导干涉环、第一可调衰减器、第二可调衰减器以及发射端复用器，所述四路波导干涉环臂长差不同，其相位差分别为0，π/2，π，3π/2，所述信号激光器依次连接强度调制器、1*4路光开关，所述1*4路光开关分别连接四路波导干涉环，所述四路波导干涉环的输出端均连接第一可调衰减器，所述第一可调衰减器连接发射端复用器，所述同步激光器依次连接第二可调衰减器以及发射端复用器，所述第一可调衰减器与第二可调衰减器连接发射端复用器的同一端，所述发射端驱动板分别连接信号激光器、强度调制器、1*4路光开关、波导干涉环、同步激光器、第一可调衰减器以及第二可调衰减器；

所述接收端包括接收端驱动板、接收端复用器、同步探测器、偏振分束器、两路波导干涉环以及单光子探测器，所述接收端复用器通过量子信道连接发射端复用器，所述接收端复用器的另一端分别连接同步探测器与偏振分束器，所述偏振分束器依次分别连接两路波导干涉环，其中，两路波导干涉环均连接有两路单光子探测器，所述接收端驱动板分别连接同步探测器、波导干涉环以及单光子探测器。

2.如权利要求1所述的基于波导干涉环的量子密钥分配系统，其特征在于，所述波导干涉环包括前端耦合器、长臂波导单元、短臂波导单元以及后端耦合器，所述前端耦合器的输出端分别连接长臂波导单元以及短臂波导单元，所述长臂波导单元以及短臂波导单元的输出端分别连接后端耦合器，所述长臂波导单元包括第一耦合器、延时波导以及第二耦合器，所述第一耦合器通过硅波导连接前端耦合器的输出端，所述第一耦合器通过延时波导连接第二耦合器，所述第二耦合器通过硅波导连接后端耦合器的输入端，所述短臂波导单元采用硅波导连接前端耦合器的输出端以及后端耦合器的输入端，所述长臂波导单元和/或短臂波导单元上设置有相位调制器。

3.如权利要求2所述的基于波导干涉环的量子密钥分配系统，其特征在于，所述延时波导为低损耗硅波导、氧化硅波导、SiON波导、Si₃N₄波导以及聚合物波导中的一种或是组合，所述短臂波导单元上设置有可调衰减器。

4.如权利要求2所述的基于波导干涉环的量子密钥分配系统，其特征在于，所述信号激光器与同步激光器为同一复用激光器，所述复用激光器可采用时分复用的方式发射信号光与同步光，所述发射端复用器为时分复用器，所述接收端复用器为解时分复用器。

5.一种基于光开关控制的量子密钥分配方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)激光器触发：发射端利用同一个时钟信号分别触发信号激光器和同步激光器发射出信号光与同步光，所述信号光作为调制光，所述同步光作为同步信号传输到接收端由同步探测器响应为接收端所用；

2)诱骗态调制：信号激光器发射的信号光通过强度调制器进行随机强度调制，调制成为信号态、诱骗态或者真空态；

3)发射端干涉：通过1*4路光开关将信号光分成四路路，分别连接到由波导制作完成的四路臂长差不同的波导干涉环，各波导干涉环之间的相位差依次为0，π/2，π，3π/2，并通过所述1*4路光开关选择不同的通路进行通断选择，完成发射端不同相位调制的选择；

4)电控可调衰减器对信号光进行衰减：通过消偏器完成相位调制的信号光进行消偏，消偏后的信号光经过第一可调衰减器将光脉冲衰减至单光子量级，同步光经过第二可调衰减器将同步光调节至接收端可响应的强度范围；

5)信号光与同步光通过量子信道传输：信号光与同步光在发射端复合后通过量子信道传输至接收端，并在接收端重新分解，信号光进入偏振分束器，同步光通过同步光探测器探测；

6)偏振分束器分束：将不同步偏振的光经过偏振分束器分解为水平偏振方向和垂直偏振方向；

7)接收端干涉：将水平偏振方向和垂直偏振方向的信号光分别接入两路两个臂长差不同的波导干涉环进行相位调制，相位差分别为0、π/2，完成接收端不同相位的选择；

8)单光子探测器探测：单光子探测器探测出光信号，用于后续处理产生安全密钥。

6.如权利要求5所述的量子密钥分配方法，其特征在于，所述步骤5)中，对信号光与同步光在发射端复合可采用波分复用或时分复用的方式进行，在接收端分解对应采用解波分复用或解时分复用方式进行。

7.如权利要求6所述的量子密钥分配方法，其特征在于，所述步骤5)若信号光与同步光复合传输的方式采用时分复用时，所述信号激光器与同步激光器可采用任意一个激光器分时发送信号光与同步光。