[实用新型]一种自稳定的强度调制装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及光学强度调制技术领域，更具体地涉及量子密钥分发系统中的光学强度调制装置。

背景技术

量子通信作为国际通信领域的新兴方向和研究热点之一，近年研究进展较快，实用范围较广，相对于传统的通信领域，有了质的提高。而量子通信的关键点之一，就是量子秘钥分发。量子秘钥分发利用量子力学的基本原理，将随机数比特序列用光子承载，通过传统信道建立起一套量子秘钥，由此实现量子秘钥分发。由于量子不可复制等量子力学特性，量子密钥分发在原理上是绝对保密的，无法被窃听。因此，量子密钥分发相对于传统通信，有着无可比拟的优势。

在量子密钥分发系统中，信号光在由激光器产生之后，需要通过强度调制，来适配整个系统对光强度的要求。这就需要有相应的光强度调制的方案和装置,来提供对光信号强度的调制。现有的诸多强度调制方案中，最常用、也是实用范围最广的方案就是基于等臂干涉仪的强度调制方案。图1示意性地给出了基于等臂干涉仪的强度调制器的等效光路。如图1所示，这种强度调制器包括一个等臂干涉仪及偏振分束器，其中在等臂干涉仪的一个臂上设有相位调制器。在干涉仪的入口处，入射信号光由分束器分成两束光，分别沿着等臂干涉仪的两臂传输，其中一臂上的相位调制器对该路的光加上附加的相位。由于臂长相同，两路光在干涉仪的出口处同时汇合并且发生干涉，其相位差(相位调制器附加)决定了这两路光的干涉强度，从而达到强度调制的效果。

然而现有的这种方案，由于引入了等臂干涉仪，使得干涉仪的两臂臂长必须严格一致，以此来保证干涉的效果。但是在实际应用过程中，干涉仪的两臂臂长很难确保严格一致，所以导致干涉对比度不佳，产生的效果就是调制的对比度不高，也即调制最大光强和最小光强的比例不高，一般商用强度调制器的对比度典型值为100:1。除此之外，干涉时两臂的相位差也不能保持长期的稳定性,例如干涉仪两臂的长度容易受到温度等外界环境的影响而发生变化，这种变换将会在最后复合的信号上引入一个不希望且未知的相位差Δθ，从而造成强度调制结果产生漂移，为此通常还需要额外增加相应的强度反馈装置来弥补这种未知的变化。这就使在实际中该方案的强度调制效果不佳，稳定性不好，结构复杂，且成本较高，不利于大规模集成化的推广与应用。

实用新型内容

针对现有技术的上述缺陷，本实用新型提出了一种基于萨格纳克效应的强度调制装置，用于对线偏振光进行强度调制。在本实用新型中，利用萨格纳克双向环结构为两个光分量提供了完全一致的光路，解决了现有技术中两个光路难以保持稳定一致的问题；同时，借助两个偏振分光束在最终输出光强与两个光分量上的相位差之间建立了确定的对应关系，使得能够改善强度调制范围及对比度，实现与环境无关的自稳定强度调制效果。

根据本实用新型的一个方面，公开了一种无需额外相位反馈、可自行消除外部干扰而保持稳定的强度调制装置。该强度调制装置可以包括光学传输单元、第一偏振分束器、相位调制器以及第二偏振分束器。

所述光学传输单元可以被配置成将线偏振光传输至所述第一偏振分束器，并且将来自所述第一偏振分束器的光传输至所述第二偏振分束器。

所述第一偏振分束器可以被配置成将所述线偏振光分成第一分量和第二分量，且在反射端与透射端之间通过光纤连接以形成双向环光路。其中，所述第一分量和所述第二分量分别在所述第一偏振分束器的反射端和透射端输出且具有彼此垂直的偏振方向。

所述相位调制器可以被设置在所述双向环光路中，用于对所述第一分量和所述第二分量中的一个或两个进行相位调制，以在它们之间形成一个调制相位差，该调制相位差与输出的调制强度有关。

所述第一偏振分束器还可以进一步被配置成使经相位调制的所述第一分量和所述第二分量汇合并输出合成光。其中，所述合成光的偏振态相对于入射第一偏振分束器的线偏振光的偏振态的变化可以通过调制相位差来控制。

所述第二偏振分束器可以被配置成将所述合成光中的预设偏振方向上的分量输出，从而完成对入射线偏振光的光学强度的调制。

进一步地，在本实用新型中，所述光学传输单元可以为单模的光学元件，所述第一偏振分束器可以为单模到保偏的偏振分束器，所述第二偏振分束器可以为单模的偏振分束器，所述双向环光路中的光纤可以为保偏光纤。所述光学传输单元、所述第一偏振分束器和所述第二偏振分束器之间通过单模光纤连接，以保证各个光学元件之间偏振方向方面的关联要求。