[发明专利]一种低误码率的相位编码系统及其接收端

说明书

本发明提出了一种相位编码系统及其接收端，其尤其适合量子密钥的分发。接收端可以包括不等臂干涉仪和探测模块，干涉仪由分束单元、长臂、短臂、第一和第二反射单元构成，其中通过将反射单元设置成能够使反射的光脉冲的偏振方向偏转90度，可以有效地解决现有技术中用于相位编码的方案中存在的不等臂干涉仪的长短臂的区别导致的偏振扰动以及传输光纤偏振扰动，带来的接收计数率下降的问题。

技术领域

本发明涉及通信领域，具体涉及一种能够提供高对比度和低误码率的相位编码系统及其接收端，其尤其适合量子密钥的分发。

背景技术

量子保密通信是当今通信技术的新兴领域，更是当代通信技术的主要发展方向和趋势。其相对于传统通信，有着无可比拟的巨大优势：在原理上可以保证通信的绝对安全性。因此，各国科研工作者集中力量发展量子保密通信，使其发展日新月异。

在量子保密通信领域中，应用最广泛和成熟的方向是量子密钥分发方向。由量子力学的量子不可复制等基本原理保证，量子密钥分发通过“一次一密”的加密方式，将信息在国防单位、政府机关、科研单位和金融机构等之间传输。

随着应用的逐渐展开，量子密钥分发的编码方案中，较为常见的是偏振编码和相位编码。

1984年，Bennett-Brassard提出了偏振编码方案。该方案将要信息编码在不同偏振态上，用单光子承载并传输，由于其插损低、成本低并且结构简单，到目前为止，仍然是最主要的量子密钥分发的编码方案。然而，由于该方案是利用光子的不同偏振态来编码的，因此传输单光子的光纤的稳定性就至关重要。然而，光纤的偏振扰动受到环境的影响较大，从而直接影响了误码率。在实际应用的过程中，光纤的环境多种多样，包括架空光缆，因此需要频繁启动偏振反馈机制或使用快偏模块以纠正偏振扰动以控制误码率，从而保证正常水平的成码。然而，偏振反馈和快偏模块都会导致时间维度的浪费，即，单位时间内用于成码的时间降低了，因此变相限制了成码率的提高，也增加了不稳定的因素。

相对于偏振编码的方案，相位编码方案使用不等臂干涉仪将光源产生的光脉冲分为一前一后两个光脉冲，并调制这两个前后脉冲之间的相对相位差，来编码和承载信息。相位编码的方案的优点在于每次用前后两个脉冲来承载原本偏振编码中一个脉冲承载的信息。而即使光脉冲对的相位在光纤传输过程中受到了环境的影响，由于其环境导致的相位变化对于前后脉冲相同，因此光脉冲对的相对相位差受环境影响较小。即使偏振发生变化而导致接收的计数率下降，也不会导致误码率上升。这使得相位编码方案更加适合偏振变化比较剧烈的情形。

然而在实际应用过程中，相位编码方案中的光脉冲需要经过不等臂干涉仪，被其分束器分为两束，分别经历不等臂干涉仪的长臂和短臂。长臂和短臂的区别导致其中的光脉冲彼此之间有了不同的环境，这会使两束光的相位不同。而这种不同体现在光纤的快慢轴上，长臂快轴的光和短臂快轴的光之间的相位差与长臂慢轴的光和短臂慢轴的光之间的相位差不同，因此需要长臂光与短臂光干涉解码时(如在传统的相位解码方案中)，长臂快轴光和短臂快轴光的干涉效果与长臂慢轴光和短臂慢轴光的干涉效果将会有所不同。这对于发送方和接收方来说，这种不同的干涉效果会带来干涉对比度下降，从而系统错误率上升。为保证干涉的高对比度，接收方中的不等臂干涉仪的保偏耦合器可以采用快轴截止方式，舍去进入快轴的光子。而为了减少舍去的光子数量，必须对光纤传输过程的偏振变化进行反馈修正，则需要增设器件或线路，导致成本上升、操作复杂。