[发明专利]量子密钥分发相位编解码器、相应的编解码装置及系统

说明书

本发明提出一种量子密钥分发相位编解码器及相应的编解码装置和系统。该相位编解码器包括：分束器、分别经两个臂与分束器光耦合的两个偏振正交旋转反射装置，两个反射装置中之一或每个反射装置包括具有输入端口和两个输出端口的偏振分束器，并经该输入端口耦合至相应的臂，每个偏振分束器的两个输出端口经传输光路耦合，该传输光路由扭转90度的保偏光纤形成，至少一个包括偏振分束器的反射装置在其传输光路上设置有相位调制器。本发明使得能够对任意偏振态的输入光脉冲稳定地进行编解码干涉，解决了相位编码及时间比特‑相位编码量子密钥分发应用中偏振诱导衰落造成系统无法稳定工作的问题，同时干涉仪处的损耗减小。

技术领域

本发明涉及光传输保密通信技术领域，尤其涉及一种基于偏振正交旋转反射的量子密钥分发相位编解码器、包括该相位编解码器的相应编解码装置和量子密钥分发系统。

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。

地面量子密钥分发主要基于光纤信道传输，因为相位编码采用前后光脉冲的相位差来编码信息，在长距离光纤信道传输过程中能够稳定保持，所以基于不等臂干涉仪的相位编码和时间比特-相位编码是量子密钥分发应用的主要编码方案。然而，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。因此，光脉冲经长距离光纤传输以及经不等臂干涉仪两臂光纤传输后，通过不等臂干涉仪进行相位解码干涉时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。若使用纠偏设备，会增加系统复杂度和成本，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。

现有技术中提出了一种不等臂法拉第-迈克尔逊干涉仪，其可使光脉冲在受到光纤信道随机双折射及源于此的偏振态变化的影响时，仍保持干涉结果稳定输出。但是，这种干涉仪损耗大，其中相位调制器的插损是引起较大损耗的主要因素之一。具体而言，当相位调制器置于干涉仪的一臂时，光脉冲由于来回传输会经过相位调制器两次，从而造成干涉仪的损耗较大，系统效率偏低。

对于量子密钥分发相位编码以及时间比特-相位编码方案，如何稳定高效地进行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。

发明内容

本发明的主要目的在于提出一种基于偏振正交旋转反射的量子密钥分发相位编解码器、包括该相位编解码器的相应编解码装置和量子密钥分发系统，以解决相位编码以及时间比特-相位编码量子密钥分发应用中偏振诱导衰落引起的相位解码干涉不稳定的难题，同时减小干涉仪处的损耗。

本发明提供至少以下技术方案：

1.一种量子密钥分发相位编解码器，包括：分束器、分别经两个臂与所述分束器光耦合的两个反射装置，其中每个所述反射装置为偏振正交旋转反射装置，所述两个反射装置中之一或每个所述反射装置包括具有输入端口和两个输出端口的偏振分束器，并经所述偏振分束器的输入端口耦合至所述两个臂中的相应臂，其中每个偏振分束器的两个输出端口经传输光路彼此光耦合，至少一个包括偏振分束器的反射装置在其传输光路上设置有相位调制器，并且对于至少一个包括偏振分束器的反射装置：其传输光路由扭转90度的保偏光纤形成，使得由所述两个输出端口输出的光脉冲均耦合至所述保偏光纤的慢轴进行传输或均耦合至所述保偏光纤的快轴进行传输。

2.根据方案1所述的相位编解码器，其中，所述两个反射装置为相同构造的偏振正交旋转反射装置，或为不同构造的偏振正交旋转反射装置。

3.根据方案1所述的相位编解码器，其中，所述扭转90度的保偏光纤包括扭转90度或扭转(90+n*180)度的保偏光纤，其中n为整数。