CN102957533A - 一种量子密钥分发系统的编码调制装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种量子密钥分发系统的编码调制装置，包括用于发出慢轴光的保偏激光器，保偏激光器通过保偏偏振耦合器与用于输出相互非正交偏振态的旋转耦合器相连。本发明使用了四个保偏激光器，选择其中某一路发出光脉冲，通过之后的保偏偏振耦合器与其相正交的一路信号进行合束，之后通过旋转耦合器与非正交的两路进行合束，从而获得四种非正交的偏振状态，其中某一路保偏激光器发光的时候，在耦合出口输出四种偏振状态中的某一种。本发明无需额外调节偏振，可以避免手动调节造成的不准确性及后期机械变化引起的错误；利用本发明，可以进行准确、简便的量子密钥分发系统搭建，并且可以提高系统长期运行的稳定性。

Description

一种量子密钥分发系统的编码调制装置

技术领域

本发明涉及量子通信领域，尤其是一种量子密钥分发系统的编码调制装置。 

 

背景技术

量子密钥分发（Quantum Key Distribution）通过操纵和传送量子比特（Qubit）的方法，可在两地之间分发任意长度的一串相同的随机数，即密钥，可以使用该随机数对需要传输的信息进行加密。基于偏振编码的BB84方案是一种简便的量子密钥分发系统编码方案，最早这种方案由Bennett等人实现的。采用偏振编码的量子密钥分发方案适用于光纤量子密钥分发和自由空间量子密钥分发等多种场合，通过配合信道反馈及量子密钥分发的接收和后处理，最终可以获得安全的密钥。

原始的BB84偏振量子态产生方案需要对所有4个偏振状态进行偏振调节，然后通过耦合器BS合束至同一路出口。这个调节过程在实用化系统中是很麻烦的，并且搬运、放置等机械振动对已经调节好的偏振状态会产生影响，不适合实际使用。

 

发明内容

本发明的目的在于提供一种结构简单、便于使用、稳定性强的量子密钥分发系统的编码调制装置。 

为实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：一种量子密钥分发系统的编码调制装置，包括用于发出慢轴光的四个保偏激光器，四个保偏激光器通过保偏偏振耦合器与用于输出相互非正交偏振态的旋转耦合器相连。

由上述技术方案可知，本发明使用了四个保偏激光器，选择其中某一路发出光脉冲，通过之后的保偏偏振耦合器与其相正交的一路信号进行合束，之后通过旋转耦合器与非正交的两路进行合束，从而获得四种非正交的偏振状态，其中某一路保偏激光器发光的时候，在耦合出口输出四种偏振状态中的某一种。本发明无需额外调节偏振，可以避免手动调节造成的不准确性及后期机械变化引起的错误；利用本发明，可以进行准确、简便的量子密钥分发系统搭建，并且可以提高系统长期运行的稳定性。

 

附图说明

图1是本发明的电路框图；

图2是本发明中45度旋转耦合器的工作原理图。

 

具体实施方式

一种量子密钥分发系统的编码调制装置，包括用于发出慢轴光的四个保偏激光器，四个保偏激光器通过保偏偏振耦合器与用于输出相互非正交偏振态的旋转耦合器相连，如图1所示。所述的旋转耦合器为45度旋转耦合器7，所述的45度旋转耦合器7采用两路保偏光纤输入，一路单模光纤输出。

如图1所示，所述的四个保偏激光器为第一、二、三、四保偏激光器1、2、3、4，所述的保偏偏振耦合器由第一、二保偏偏振耦合器5、6组成，第一、二保偏激光器1、2的输出端与第一保偏偏振耦合器5的输入端相连，第三、四保偏激光器3、4的输出端与第二保偏偏振耦合器6的输入端相连，第一、二保偏偏振耦合器5、6的输出端与旋转耦合器的输入端相连。

如图1所示，所述的第一、二保偏激光器1、2的输出端通过保偏光纤与第一保偏偏振耦合器5的输入端相连，第三、四保偏激光器3、4的输出端通过保偏光纤与第二保偏偏振耦合器6的输入端相连，所述的第一、二保偏偏振耦合器5、6的输出端通过保偏光纤与旋转耦合器的输入端相连。

以下结合图1、2对本发明作进一步的说明。

本发明采用第一、二、三、四保偏激光器1、2、3、4作为信号源， 发出方向一致的慢轴光，为了最终调制输出0°、90°、45°和135°四种偏振方向的偏振状态，首先将其划分为两组，即第一、二保偏激光器1、2作为一组，第三、四保偏激光器3、4作为另一组。

第一、二、三、四保偏激光器1、2、3、4输出的偏振状态均为慢轴激光，第一、二保偏激光器1、2发出的慢轴光经过第一保偏偏振耦合器5时，第一保偏偏振耦合器5将第一、二保偏激光器1、2输出的两个慢轴激光合束为保偏光纤中的慢轴和快轴激光，且慢轴激光和快轴激光为两个相互正交的方向，若定义第一保偏偏振耦合器5输出的慢轴激光为0°方向，则与其相正交的快轴激光为90°方向。

同理，第三、四保偏激光器3、4发出的慢轴光激光第二保偏偏振耦合器6时，第二保偏偏振耦合器6将第三、四保偏激光器3、4输出的两个慢轴激光合束为保偏光纤中的慢轴和快轴激光，且慢轴激光和快轴激光为两个相互正交的方向，若定义第二保偏偏振耦合器6输出的慢轴激光为0°方向，则与其相正交的快轴激光为90°方向。最终，得到两组激光脉冲输入至45度旋转耦合器7，且每组中均包含相互正交偏振方向的慢轴激光和快轴激光。

由于BB84协议所需的四种偏振状态中，第一组0°、90°与第二组45°、135°之间有45度夹角，使用45度旋转耦合器7进行合束以完成所需偏振方向的调制。

如图1、2所示，45度旋转耦合器7将两路输入进行耦合输出：对其中一路仅仅进行耦合输出，对另一路先进行45度偏振旋转，然后再进行耦合输出。假设本发明中的45度旋转耦合器7对第一保偏偏振耦合器5输出的慢轴激光和快轴激光仅仅进行耦合输出，慢轴激光、快轴激光的偏振方向仍然分别为0°、90°，而对第二保偏偏振耦合器6输出的慢轴激光和快轴激光先进行45度偏振旋转，慢轴激光、快轴激光的偏振方向由0°、90°旋转为45°、135°，然后再与第一保偏偏振耦合器5输出的慢轴激光和快轴激光进行耦合输出。可见，45度旋转耦合器在保证第一、二保偏偏振耦合器5、6输出的慢轴激光和快轴激光正交偏振方向的前提下，对第二保偏偏振耦合器6输出的慢轴激光和快轴激光的方向进行旋转改变，最终，使得第一、二保偏偏振耦合器5、6输出的两组激光脉冲之间有45度偏振夹角，在45度旋转耦合器7的输出端分别对应输出0°、90°、45°、135°偏振方向的激光。

光纤耦合器是一种无源的光纤器件，其作用是按一定比例将输入光纤的光耦合到输出光纤中。保偏光纤是一种特殊的光纤，具有相互垂直的快轴和慢轴。平行于这两个偏振方向的光入射到保偏光纤中时，保偏光纤可以保证在传输过程中偏振方向不变。需要将保偏光纤中的光进行耦合时，一般采用基于熔融拉锥法制造的保偏偏振耦合器。熔融拉锥的基本方法是将几根光纤涂覆层剥去，将光纤按照快、慢轴平行排列，使光纤的薄层相互接触，加热至熔融后进行拉锥的操作，使光纤形成一个熔融拉锥部分，完成耦合操作。

45度旋转耦合器7的制作方法如下：在熔融拉锥过程时，将其中一根保偏光纤的慢轴方向进行45度旋转，使两根光纤的慢轴之间有一定夹角，从而实现对45度夹角的需求，在具体实施过程中，需要对光纤的夹角进行监视，需要精细控制光纤之间耦合比例等。

Claims (5)

1.一种量子密钥分发系统的编码调制装置，其特征在于：包括用于发出慢轴光的四个保偏激光器，四个保偏激光器通过保偏偏振耦合器与用于输出相互非正交偏振态的旋转耦合器相连。

2.根据权利要求1所述的量子密钥分发系统的编码调制装置，其特征在于：所述的四个保偏激光器为第一、二、三、四保偏激光器（1、2、3、4），所述的保偏偏振耦合器由第一、二保偏偏振耦合器（5、6）组成，第一、二保偏激光器（1、2）的输出端与第一保偏偏振耦合器（5）的输入端相连，第三、四保偏激光器（3、4）的输出端与第二保偏偏振耦合器（6）的输入端相连，第一、二保偏偏振耦合器（5、6）的输出端与旋转耦合器的输入端相连。

3.根据权利要求1或2所述的量子密钥分发系统的编码调制装置，其特征在于：所述的旋转耦合器为45度旋转耦合器（7）。

4.根据权利要求2所述的量子密钥分发系统的编码调制装置，其特征在于：所述的第一、二保偏激光器（1、2）的输出端通过保偏光纤与第一保偏偏振耦合器（5）的输入端相连，第三、四保偏激光器（3、4）的输出端通过保偏光纤与第二保偏偏振耦合器（6）的输入端相连，所述的第一、二保偏偏振耦合器（5、6）的输出端通过保偏光纤与旋转耦合器的输入端相连。

5.根据权利要求3所述的量子密钥分发系统的编码调制装置，其特征在于：所述的45度旋转耦合器（7）采用两路保偏光纤输入，一路单模光纤输出。

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