[实用新型]一种抗偏振扰动的相位编码量子密钥分发系统

说明书

本实用新型涉及一种抗偏振扰动的相位编码量子密钥分发系统，包括发送模块和接收模块；接收模块包括光纤环形器、第一偏振分束器、第一马赫曾德尔干涉仪、第二偏振分束器、第一单光子探测器和第二单光子探测器；发送模块的输出端连接光纤环形器的输入端，光纤环形器的一个输出端连接第一单光子探测器的输入端，光纤环形器的另一个输出端与第一偏振分束器的输入端双向连接，第一偏振分束器的两个输出端与第一马赫曾德尔干涉仪的两端对应双向连接，第一马赫曾德尔干涉仪的另外两端均连接第二偏振分束器的输入端，第二偏振分束器的输出端连接第二单光子探测器的输入端。本实用新型消除了信道偏振扰动对分发系统的影响，提高了分发系统的稳定性。

技术领域

本实用新型属于光纤量子密钥分发系统领域，具体地讲涉及一种抗偏振扰动的相位编码量子密钥分发系统。

背景技术

光纤量子密钥分发系统一般采用单模光纤作为传输信道，但由于光纤信道存在固有双折射效应，使得光子在传输过程中偏振态会发生变化，且会随着外界环境的变化而改变，从而使得光子在进入接收端时偏振态无法预测。因此，传统的基于双不等臂马赫-增德尔干涉环方案的量子密钥分发系统稳定性差，容易受到环境干扰。

为了提高量子密钥分发系统的稳定性与实用性，研究者提出了两类解决方案。其中一类是主动偏振补偿，在接收端增加偏振补偿模块，通过反馈控制进行偏振跟踪与补偿，这类方案会增加系统复杂度，耗时耗资源，且误码率偏高。另外一类是对偏振态被动补偿，如Plug-and-play(即插即用)往返式量子密钥分发系统，使用法拉第镜将入射光偏振态旋转90度的特性，来抵消光纤信道对光子偏振态的作用，从而保证系统的稳定性；但是，由于其往返式结构，使得这种方案存在安全隐患，容易受到木马攻击，而且系统的工作频率受到限制，光纤的拉曼散射效应也会增加系统噪声。还有一种解决方案是在发送端增加一个消偏器，在光子进入光纤信道之前进行偏振态随机化，这样可以消除光纤双折射效应以及环境扰动对偏振态的影响，在接收端增加一个偏振分束器进行起偏，可以获得稳定的干涉结果，但是这个方案会增加一倍的损耗，使系统的效率降低了一半。

实用新型内容

根据现有技术中存在的问题，本实用新型提供了一种抗偏振扰动的相位编码量子密钥分发系统，其消除了信道偏振扰动对分发系统的影响，提高了分发系统的稳定性。

本实用新型采用以下技术方案：

一种抗偏振扰动的相位编码量子密钥分发系统，包括发送模块和接收模块；所述接收模块包括光纤环形器、第一偏振分束器、第一马赫曾德尔干涉仪、第二偏振分束器、第一单光子探测器和第二单光子探测器；所述发送模块的输出端连接光纤环形器的输入端，光纤环形器的一个输出端连接第一单光子探测器的输入端，光纤环形器的另一个输出端与第一偏振分束器的输入端双向连接，第一偏振分束器的两个输出端与第一马赫曾德尔干涉仪的两端对应双向连接，第一马赫曾德尔干涉仪的另外两端均连接第二偏振分束器的输入端，第二偏振分束器的输出端连接第二单光子探测器的输入端。

优选的，所述发送模块包括脉冲激光器、强度调制器、第二马赫曾德尔干涉仪和电可调衰减器；所述脉冲激光器的输出端连接强度调制器的输入端，强度调制器的输出端连接第二马赫曾德尔干涉仪的一端，第二马赫曾德尔干涉仪的另一端连接电可调衰减器的输入端，电可调衰减器的输出端连接光纤环形器的输入端。

进一步优选的，所述第一马赫曾德尔干涉仪和第二马赫曾德尔干涉仪的结构相同；所述第一马赫曾德尔干涉仪包括第一分束器、第二分束器和第一相位调制器；所述第一分束器的第一端分别与第二分束器的第一端和第一相位调制器的一端双向连接，第一相位调制器的另一端与第二分束器的第一端双向连接，第二分束器的第二端与第一偏振分束器的输出端双向连接，且第二分束器的第二端连接第二偏振分束器的输入端，第一分束器的第二端与第一偏振分束器的输出端双向连接，且第一分束器的第二端连接第二偏振分束器的输入端；