[实用新型]分偏振相差控制的量子密钥分发时间比特-相位解码装置及相应系统

说明书

本实用新型提出一种分偏振相差控制的量子密钥分发时间比特‑相位解码装置及相应系统。该解码装置包括：前置分束器，其经输入端口接收输入光脉冲并经两个输出端口输出由输入光脉冲分束得到的两路光脉冲；与前置分束器的两个输出端口之一光耦合的干涉仪，包括分束器、合束器及将分束器和合束器光耦合的两个臂；位于干涉仪前端或位于两臂之一上的相位调制器。干涉仪的两臂之一上设置有：分偏振相差控制装置，其包括偏振分束器、偏振合束器及将偏振分束器和偏振合束器光耦合的两条子光路。干涉仪的两臂及其上的光器件构造成使得相应光脉冲的两个正交偏振态各自在干涉仪中经两臂传输的相位差相差2π的整数倍。本实用新型的方案能抗偏振诱导衰落。

技术领域

本实用新型涉及光传输保密通信技术领域，尤其涉及一种分偏振相差控制的量子密钥分发时间-相位解码方法、装置及包括该装置的量子密钥分发系统。

背景技术

量子保密通信技术是量子物理与信息科学相结合的前沿热点领域。基于量子密钥分发技术和一次一密密码原理，量子保密通信可在公开信道实现信息的安全传输。量子密钥分发基于量子力学海森堡不确定关系、量子不可克隆定理等物理原理，能够实现在用户之间安全地共享密钥，并可以检测到潜在的窃听行为，可应用于国防、政务、金融、电力等高安全信息传输需求的领域。

时间比特-相位编码量子密钥分发采用一组时间基和一组相位基，时间基采用两个不同时间位置的时间模式来编码，相位基采用前后光脉冲的两个相位差来编码。地面量子密钥分发主要基于光纤信道传输，而光纤制作存在截面非圆对称、纤芯折射率沿径向不均匀分布等非理想情况，并且光纤在实际环境中受温度、应变、弯曲等影响，会产生随机双折射效应。受光纤随机双折射的影响，光脉冲经长距离光纤传输后到达接收端时，其偏振态会发生随机变化。时间比特-相位编码中的时间基解码不受偏振态变化的影响，然而相位基在干涉解码时，因传输光纤和编解码干涉仪光纤双折射的影响，存在偏振诱导衰落的问题，导致解码干涉不稳定，造成误码率升高、需要增加纠偏设备，增加了系统复杂度和成本，且对于架空光缆、路桥光缆等强干扰情况难以实现稳定应用。对于量子密钥分发时间比特-相位编码方案，如何稳定高效地进行相位干涉解码是基于现有光缆基础设施进行量子保密通信应用的热点和难题。

实用新型内容

本实用新型的主要目的在于提出一种分偏振相差控制的量子密钥分发时间比特-相位解码方法和装置，以解决时间比特-相位编码量子密钥分发应用中相位基解码时因偏振诱导衰落引起的相位解码干涉不稳定的难题。

本实用新型提供至少以下技术方案：

1.一种分偏振相差控制的量子密钥分发时间比特-相位解码装置，用于对入射的任意偏振态的一路输入光脉冲进行时间比特-相位解码，其特征在于，所述解码装置包括：

前置分束器，所述前置分束器具有输入端口和两个输出端口，所述输入端口用于接收所述输入光脉冲，所述两个输出端口分别用于输出由所述输入光脉冲分束得到的第一路光脉冲和第二路光脉冲；和

与所述前置分束器的所述两个输出端口中的一个输出端口光耦合的干涉仪，所述干涉仪包括第一分束器、第一合束器以及与所述第一分束器光耦合并与所述第一合束器光耦合的第一臂和第二臂，所述第一分束器经所述第一臂和第二臂耦合至所述第一合束器，其中至少所述第一臂上设置有分偏振相差控制装置，所述分偏振相差控制装置包括偏振分束器、第二合束器以及与所述偏振分束器光耦合并与所述第二合束器光耦合的两条子光路，所述偏振分束器经所述两条子光路耦合至所述第二合束器，其中所述第一臂和第二臂及其上的光器件构造成使得所述第一路光脉冲的两个正交偏振态各自在所述干涉仪中经所述第一臂和第二臂传输的相位差相差2π的整数倍，

其中所述解码装置还具有位于所述前置分束器前端或位于所述干涉仪前端或位于所述第一臂和第二臂中至少之一上的相位调制器，

其中所述相位调制器用于对通过其的光脉冲随机地进行0度相位调制或 180度相位调制。