[发明专利]集成波导解码装置和量子密钥分发系统

说明书

提供一种集成波导解码装置和量子密钥分发系统。集成波导解码装置包括：集成波导偏振分束旋转装置，其包括一个输入端口和两个输出端口，用于将一路输入光脉冲偏振分束为分别在两个传输光路上传输的第一路光脉冲和第二路光脉冲，并对两路光脉冲之一的偏振态进行旋转，使得在旋转后两路光脉冲的偏振态相同；以及第一和第二集成波导不等臂马赫‑曾德尔干涉仪，其分别设置在两个传输光路上与集成波导偏振分束旋转装置的两个输出端口光耦合，并且用于分别对两路光脉冲进行相位解码；两个集成波导不等臂马赫‑曾德尔干涉仪中的每一个分别包括分束器、合束器以及将二者光耦合的第一和第二子光路。上述集成波导解码装置能增加系统的可靠性和稳定性。

技术领域

本发明涉及光传输保密通信技术领域，尤其涉及一种集成波导解码装置和包括该集成波导解码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。

目前量子密钥分发设备光路模块大多采用分立光器件集成，易受振动、环境稳定变化影响，进而影响系统两端设备的稳定性和可靠性，且设备体积大。尤其是量子密钥分发编解码模块的光路，包含光器件多、盘纤设计难度大，受环境干扰编解码不稳定。此外，相位编码以及时间比特-相位编码量子密钥分发系统，因光纤制作存在非理想情况，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，进行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。

如何实现集成化的稳定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亟待解决的问题。

发明内容

本发明的主要目的在于提出一种集成波导解码装置和基于该解码装置的量子密钥分发系统，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以及解码光路的集成波导设计。

本发明提供至少以下技术方案：

1.一种集成波导解码装置，其特征在于，包括：集成波导偏振分束旋转装置、第一集成波导不等臂马赫-曾德尔干涉仪和第二集成波导不等臂马赫-曾德尔干涉仪，其中，

所述集成波导偏振分束旋转装置包括一个输入端口和两个输出端口，所述集成波导偏振分束旋转装置被配置用于将入射的一路输入光脉冲偏振分束为分别在两个传输光路上传输的第一路光脉冲和第二路光脉冲，并对所述第一路光脉冲和第二路光脉冲之一的偏振态进行旋转，使得在旋转后所述第一路光脉冲和第二路光脉冲的偏振态相同；

所述第一集成波导不等臂马赫-曾德尔干涉仪和第二集成波导不等臂马赫-曾德尔干涉仪分别设置在所述两个传输光路上且分别与所述集成波导偏振分束旋转装置的两个输出端口光耦合，并且被配置用于分别对所述第一路光脉冲和所述第二路光脉冲进行相位解码；

其中，所述第一集成波导不等臂马赫-曾德尔干涉仪和第二集成波导不等臂马赫-曾德尔干涉仪中的每一个分别包括分束器、合束器以及在所述分束器和所述合束器之间光耦合的第一子光路和第二子光路。

2.根据方案1所述的集成波导解码装置，其特征在于，所述集成波导偏振分束旋转装置为偏振分束旋转器。

3.根据方案1所述的集成波导解码装置，其特征在于，所述集成波导偏振分束旋转装置包括偏振分束器和与该偏振分束器的两个输出端口之一光耦合的偏振旋转器，其中所述偏振分束器的输入端口为所述集成波导偏振分束旋转装置的输入端口，所述偏振旋转器被设置位于所述偏振分束器的两个输出光路之一上以对通过其传输的光脉冲的偏振态进行旋转。