[发明专利]一种基于波导的量子密钥分发系统及方法

权利要求书

1.一种基于波导的量子密钥分发系统，包括发射端与接收端，所述发射端与接收端通过量子信道连接，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、发射端干涉环、相位调制器、第一可调衰减器、消偏器、第二可调衰减器以及发射端波分复用器，其特征在于，所述发射端干涉环包括对称型的Y分支波导和保偏分束器，所述Y分支波导入射端连接强度调制器，所述Y分支波导的两路分支输出端分别连接保偏分束器，其中一路加光纤延时，所述保偏分束器连接相位调制器，所述信号激光器依次连接强度调制器、发射端干涉环、相位调制器、消偏器、第一可调衰减器以及发射端波分复用器，所述同步激光器依次连接第二可调衰减器以及发射端波分复用器，所述第一可调衰减器与第二可调衰减器连接发射端波分复用器的同一端，发射端驱动板还分别连接信号激光器、强度调制器、同步激光器、相位调制器、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、接收端波分复用器、同步探测器、偏振分束器、两路并列的接收端干涉环以及四路单光子探测器，所述接收端干涉环与发射端干涉环结构一致，所述两路接收端干涉环前端均通过相位调制器连接偏振分束器，所述接收端波分复用器通过量子信道连接发射端波分复用器，所述接收端波分复用器的另一端分别连接同步探测器与偏振分束器，其中每路接收端干涉环的保偏分束器分别连接两路单光子探测器，所述接收端驱动板还分别连接同步探测器以及四路单光子探测器。

2.如权利要求1所述的基于波导的量子密钥分发系统，其特征在于，所述量子信道为单模光纤。

3.如权利要求1所述的基于波导的量子密钥分发系统，其特征在于，所述发射端还包括有第三衰减器，所述第三衰减器设置在消偏器以及第一可调衰减器之间。

4.一种基于波导的量子密钥分发方法，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，其中信号光作为调制光，同步光作为同步信号传输到接收端由同步探测器响应进行时钟同步；

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，成为信号态、诱骗态或者真空态中的一种；

3)发射端干涉：

发射端干涉环为由铌酸锂晶体Y分支波导和保偏分束器组成的不等臂MZ干涉环，Y分支波导将信号光分为两路，分别经过干涉环长短臂，产生的两个脉冲从干涉环出射后，分别经过环外的相位调制器，通过发射端驱动板对PM加载电压的时间，对后一个脉冲随机调制{0，π/2，3π/2}；

4)消偏器消偏：两路脉冲分别经过消偏器之后，偏振状态随机变化，偏振度为0；

5)电控可调衰减器对信号光进行衰减：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；

6)信号光与同步光通过量子信道传输：将波长不同的信号光和同步光在发射端经过发射端波分复用器合入一根信道传输，并在接收端通过接收端波分复用器重新分解；

7)偏振分束器分束：将不同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；

8)接收端干涉：利用Y波导和保偏分束器制作与发射端臂长差相等的不等臂MZ干涉环，相应地在接收端干涉环之前加上相位调制器，在接收端通过接收端驱动板控制加载到PM电压的时间，对前一个脉冲调相{0，π/2}，随后两个脉冲在进入干涉环之后走过路径相等的两个脉冲在BS处干涉；

9)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。