[发明专利]偏振编码装置及量子密钥分发光源

说明书

一种偏振编码装置及基于该装置的量子分发光源，该装置包括：光分束器、第一极化片、第二极化片及相位调制器；光分束器包括输入端口、反射输出端口、透射输出端口以及输出端口；第一极化片、第二极化片通过保偏光纤与相位调制器连接构成满足萨格纳克效应的双向环光路；输入端口通过保偏光纤接收输入光。该装置可避免传统的偏振调制器由于光纤路径差异所造成的偏振模延迟、稳定性较差等问题，并且装置简化，操作简单。基于该装置的量子分发光源可快速、准确及稳定地实现量子密钥分发。

技术领域

本发明涉及量子通信领域，特别是涉及一种偏振编码装置及量子密钥分发光源。

背景技术

目前量子密钥分发(Quantum Key Distribution，QKD)光源的偏振态调制的编码方法主要有以下两种。

第一，采用偏振调制器来实现。该偏振调制器等效于一种等臂干涉仪，干涉仪的两臂臂长必须严格相等以保证干涉效果。但是，由于H、V两个偏振分量的折射率不同，经过调制器后会发生偏振模延时(PMD)现象，这个延时量对于基于铌酸锂晶体的调制器一般在10ps量级。PMD的存在会极大地限制调制器的性能，一般需要采用如高折射率光纤等方案进行补偿，系统复杂，性能受限。并且由于干涉仪两臂受到外界温度、力学等环境条件的变化，对两臂造成的影响并不相同，造成偏振调制结果逐渐发生漂移，长期稳定性较差。

第二，基于环形器+sagnac环的偏振调制方法来实现。该方法一般采用环形器+Sagnac环的结构来实现。具体地，该方法使用偏振控制器来实现对入射线偏振光的偏振态控制，使用单模光纤传输，经过环形器后传输到偏振光分束器(PBS)上，确保在PBS入射的光为45°线偏振光并均匀地从PBS两臂输出，两臂光分量经过一个Sagnac环的结构重新在PBS处干涉，在其中一臂上使用相位调制器添加额外的相位分量，PBS上干涉后的光产生不同的偏振态，再返回环形器后输出。由于在环形器和PBS中间使用单模光纤进行传输，需要使用偏振控制器调制入射光的偏振态，导致该系统较为复杂，集成度较差。同时，该方案需要在实现前进行一次校准过程，确保45°线偏振光均匀地投影到PBS两臂上，校准过程繁琐，且对每一个偏振编码装置使用前都需要一次校准过程，实用性较差。

发明内容

(一)技术问题

针对现有技术存在的问题，本发明提出一种偏振编码装置及量子密钥分发光源，用于至少部分解决上述技术问题。

(二)技术方案

本发明提供一方面一种偏振编码装置，包括：光分束器、第一极化片、第二极化片及相位调制器；上述光分束器包括输入端口、反射输出端口、透射输出端口以及输出端口；上述第一极化片、上述第二极化片通过保偏光纤与上述相位调制器连接构成满足萨格纳克效应的双向环光路；上述输入端口通过保偏光纤接收输入光；其中，上述输入光经过保偏光纤旋转后进入上述光分束器，上述光分束器将旋转后的输入光分束为第一光分量及第二光分量，上述第一光分量通过上述反射输出端口传输至上述第一极化片，通过上述第一极化片实现快轴截止并耦合至保偏光纤的慢轴中，沿顺时针传输至上述相位调制器进行相位调制后传回至上述光分束器，上述第二光分量通过透射输出端口传输至上述第二极化片，通过上述第二极化片实现快轴截止并耦合至保偏光纤的慢轴中，沿逆时针传回至上述光分束器，传回至上述光分束器的两束光经过干涉后通过上述输出端口输出。

可选地，上述第一极化片与水平方向的夹角为0°，上述第二极化片与水平方向的夹角为90°。

可选地，上述第一极化片、上述第二极化片与上述相位调制器之间的保偏光纤的长度可调节。

可选地，上述输入光为水平线偏振光，上述输入端口的保偏光纤还用于将上述水平线偏振光旋转45°，得到45°的线偏振光。

可选地，上述反射输出端口与上述第一极化片之间通过自由空间传输光信号，上述透射输出端口与上述第二极化片之间通过自由空间传输光信号。