CN108173655A - 一种基于两路偏振补偿的量子密钥分配系统 - Google Patents
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Abstract
一种基于两路偏振补偿的量子密钥分配系统，公共端包括两路相同的同步信号光发射单元以及信号光发射单元发射端包括发射端波分复用器以及分别与其连接的发射端法拉第镜、发射端相位补偿环，接收端包括接收端波分复用器以及分别与其连接的接收端法拉第镜、接收端相位补偿环。与现有技术相比，本发明通过在光信号的相位调制过程中设置两路相位补偿环，通过相位补偿环内干涉将调相后的单光子发送至接收端供单光子探测器探测，避免了光纤传输过程中双折射效应影响光偏振态对干涉结果的影响，同时摒弃了纠偏系统，简化了系统冗杂度，也降低了生产成本，本系统只需要采用两路单光子探测器进行探测处理，进一步降低了系统的冗杂度，降低了生产成本。
Description
技术领域
本发明涉及光传输安全通信技术领域，特别涉及一种基于两路偏振补偿的量子密钥分配系统。
背景技术
随着互联网的大范围普及，人类之间的信息传递达到了前所未有的数量和频率，各种隐私信息越来越多地暴露在互联网上，因此，人类对保密通信的需求也到了前所未有的高度。现在的互联网信息安全的加密方式称为“公开密钥”密码体系，其原理是通过加密算法，生成网络上传播的公开密钥，以及留在计算机内部的私人密钥，两个密钥必须配合使用才能实现完整的加密和解密过程。
现代互联网使用的加密标准是20世纪70年代诞生的RSA算法，即利用大数的质因子分解难以计算来保证密钥的安全性。
量子密钥分配是1984年物理学家Bennett和密码学家Brassard提出了基于量子力学测量原理的BB84协议，量子密钥分配可以从根本上保证了密钥的安全性。
现有技术中量子密钥在发射端产生信号光，经过传统的量子信道传输过程中，由于经过光纤信道双折射等作用，其偏振态会有较大变化，影响光信号后期的干涉效果，会造成整体密钥的丢失，目前，为了解决上述问题会在接收端增加纠偏系统，通过纠偏系统来还原光信号的偏振态，但是纠偏系统需要复杂的硬件以及软件部分组成，给整个密钥分配系统带来了整体系统的复杂度以及提高了生产成本。
发明内容
本发明目的在于提供一种基于两路偏振补偿的量子密钥分配系统，以解决现有技术中为了解决信号光在量子信道中传输偏振态变化的问题会在接收端增加纠偏系统，通过纠偏系统来还原光信号的偏振态，但是纠偏系统需要复杂的硬件以及软件部分组成，给整个密钥分配系统带来了整体系统的复杂度以及提高了生产成本的技术性缺陷。
本发明的技术方案是这样实现的：
一种基于两路偏振补偿的量子密钥分配系统，包括公共端、发射端与接收端，所述公共端包括两路相同的同步信号光发射单元以及信号光发射单元，所述同步信号光发射单元包括同步激光器、环形器以及公共端波分复用器，所述同步激光器前端均连接一同步信号驱动器，同步激光器的输出端连接环形器第一端口，环形器的第二端口连接公共端波分复用器输入端，环形器的第三端口连接第一保偏分束器；所述信号光发射单元包括信号激光器、AMZ干涉环、第一偏振分束器、第二偏振分束器、第二保偏分束器、第一单光子探测器以及第二单光子探测器，所述第一保偏分束器输出端连接信号激光器，所述信号激光器输出端连接AMZ干涉环，所述AMZ干涉环的输出端分别连接第一偏振分束器与第二偏振分束器，所述第一偏振分束器与第二偏振分束器通过第二保偏分束器连接两路单光子探测器，两路公共端波分复用器的输出端分别连接发射端与接收端，所述发射端包括发射端波分复用器以及分别与其连接的发射端法拉第镜、发射端相位补偿环，所述接收端包括接收端波分复用器以及分别与其连接的接收端法拉第镜、接收端相位补偿环。
优选地，所述发射端相位补偿环与接收端相位补偿环结构一致，该两路干涉环分别包括第三偏振分束器、第一强度调制器、第一相位调制器、第二强度调制器、第二相位调制器，所述第三偏振分束器前端通过衰减器连接发射端波分复用器或接收端波分复用器，所述第三偏振分束器的垂直分量端依次连接第一强度调制、第二相位调制器，所述第三偏振分束器的水平分量端依次连第一相位调制器、第二强度调制器，所述第二相位调制器与第二强度调制器连接。
优选地，第一强度调制器与第二强度调制器包括第四偏振分束器、第三相位调制器以及调制器法拉第镜，所述第四偏振分束器通过长臂连接调制器法拉第镜、通过短臂连接第三相位调制器，且调制器法拉第镜与第三相位调制器连接成环。
与现有技术相比，本发明有以下有益效果：
本发明的基于两路偏振补偿的量子密钥分配系统，通过在光信号的相位调制过程中设置两路相位补偿环，通过相位补偿环内干涉将调相后的单光子发送至接收端供单光子探测器探测，利用通过相位补偿，得到较好的干涉结果，避免了光纤传输过程中双折射效应影响光偏振态对干涉结果的影响，同时摒弃了纠偏系统，简化了系统冗杂度，也降低了生产成本，另外，本系统只需要采用两路单光子探测器进行探测处理，进一步降低了系统的冗杂度，降低了生产成本。
附图说明
图1为本发明基于两路偏振补偿的量子密钥分配系统的原理框图：
图2为本发明强度调制器的原理框图。
图中：公共端100，同步激光器101、环形器102，公共端波分复用器103，同步信号驱动器104，第一保偏分束器105，信号激光器106，AMZ干涉环107，第一偏振分束器108，第二偏振分束器109，第二保偏分束器110，第一单光子探测器111，第二单光子探测器112，发射端200，发射端波分复用器201，发射端法拉第镜202，发射端相位补偿环203，接收端300，接收端波分复用器301，接收端法拉第镜302，接收端相位补偿环303，第三偏振分束器400，第一强度调制器500，第一相位调制器600，第二强度调制器700，第二相位调制器800，第四偏振分束器701，第三相位调制器702，调制器法拉第镜703。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明进行清楚、完整地描述。
如图1、图2所示，一种基于两路偏振补偿的量子密钥分配系统，包括公共端100(Charlie)、发射端200(Alice)与接收端300(Bob)，所述公共端100包括两路相同的同步信号光发射单元以及信号光发射单元，所述同步信号光发射单元包括同步激光器101、环形器102以及公共端波分复用器103，所述同步激光器101前端均连接一同步信号驱动器104，同步信号驱动器104用于驱动同步激光器101发射同步光信号，同步激光器101的输出端连接环形器102第一端口，环形器102的第二端口连接公共端波分复用器输入端103，环形器102的第三端口连接第一保偏分束器105；所述信号光发射单元包括信号激光器106、AMZ干涉环107(不等臂马赫-曾德干涉环)、第一偏振分束器108、第二偏振分束器109、第二保偏分束器110、第一单光子探测器111以及第二单光子探测器112，所述第一保偏分束器105输出端连接信号激光器106，所述信号激光器106输出端连接AMZ干涉环107，所述AMZ干涉环107的输出端分别连接第一偏振分束器108与第二偏振分束器109，所述第一偏振分束器108与第二偏振分束器109通过第二保偏分束器110连接两路单光子探测器，两路公共端波分复用器103的输出端分别连接发射端200与接收端300，所述发射端200包括发射端波分复用器201以及分别与其连接的发射端法拉第镜202、发射端相位补偿环203，所述接收端300包括接收端波分复用器301以及分别与其连接的接收端法拉第镜302、接收端相位补偿环303；所述发射端相位补偿环203与接收端相位补偿303环结构一致，该两路干涉环分别包括第三偏振分束器400、第一强度调制器500、第一相位调制器600、第二强度调制器700、第二相位调制器800，所述第三偏振分束器400前端通过衰减器900连接发射端波分复用器201或接收端波分复用器301，所述第三偏振分束器400的垂直分量端依次连接第一强度调制500、第二相位调制器800，所述第三偏振分束器400的水平分量端依次连第一相位调制器600、第二强度调制器700，所述第二相位调制器800与第二强度调制器700连接。第一强度调制器500与第二强度调制器700包括第四偏振分束器701、第三相位调制器702以及调制器法拉第镜703，所述第四偏振分束器701通过长臂连接调制器法拉第镜703、通过短臂连接第三相位调制器702，且调制器法拉第镜703与第三相位调制器702连接成环。
工作原理：公共端100的两路同步激光器101通过同步信号驱动器104驱动发射出同步光，同步光经过环形器进入公共端波分复用器103，并通过发射端波分复用器201或接收端波分复用器301进入发射端200(Alice)或接收端300(Bob)，用于与信号光同步，信号激光器106发射出信号光，信号光经过AMZ干涉环107干涉，干涉后分成两个脉光分别进入第一偏振分束器108与第二偏振分束器109，然后通过公共端波分复用器103分别进入发射端200(Alice)与接收端300(Bob)进行相位补偿，其中同步光通过发射端法拉第镜202或接收端法拉第镜302时返回公共端100，信号光经过发射端相位补偿环203或接收端相位补偿303进行相位补偿后返回公共端100，并由第一单光子探测器111或第二单光子探测器112探测出光脉冲，用于后续处理产生安全密钥。在此过程中，系统不需要纠偏系统对偏振补偿后的光脉冲进行纠偏，同时也不需要消偏器对光脉冲进行消偏。
综合本发明的结构与原理可知，本发明的基于两路偏振补偿的量子密钥分配系统，通过在光信号的相位调制过程中设置两路相位补偿环，通过相位补偿环内干涉将调相后的单光子发送至接收端供单光子探测器探测，利用通过相位补偿，得到较好的干涉结果，避免了光纤传输过程中双折射效应影响光偏振态对干涉结果的影响，同时摒弃了纠偏系统，简化了系统冗杂度，也降低了生产成本，另外，本系统只需要采用两路单光子探测器进行探测处理，进一步降低了系统的冗杂度，降低了生产成本。
Claims (3)
1.一种基于两路偏振补偿的量子密钥分配系统，包括公共端、发射端与接收端，其特征在于：所述公共端包括两路相同的同步信号光发射单元以及信号光发射单元，所述同步信号光发射单元包括同步激光器、环形器以及公共端波分复用器，所述同步激光器前端均连接一同步信号驱动器，同步激光器的输出端连接环形器第一端口，环形器的第二端口连接公共端波分复用器输入端，环形器的第三端口连接第一保偏分束器；所述信号光发射单元包括信号激光器、AMZ干涉环、第一偏振分束器、第二偏振分束器、第二保偏分束器、第一单光子探测器以及第二单光子探测器，所述第一保偏分束器输出端连接信号激光器，所述信号激光器输出端连接AMZ干涉环，所述AMZ干涉环的输出端分别连接第一偏振分束器与第二偏振分束器，所述第一偏振分束器与第二偏振分束器通过第二保偏分束器连接两路单光子探测器，两路公共端波分复用器的输出端分别连接发射端与接收端，所述发射端包括发射端波分复用器以及分别与其连接的发射端法拉第镜、发射端相位补偿环，所述接收端包括接收端波分复用器以及分别与其连接的接收端法拉第镜、接收端相位补偿环。
2.如权利要求1所述的基于两路偏振补偿的量子密钥分配系统，其特征在于，所述发射端相位补偿环与接收端相位补偿环结构一致，该两路干涉环分别包括第三偏振分束器、第一强度调制器、第一相位调制器、第二强度调制器、第二相位调制器，所述第三偏振分束器前端通过衰减器连接发射端波分复用器或接收端波分复用器，所述第三偏振分束器的垂直分量端依次连接第一强度调制、第二相位调制器，所述第三偏振分束器的水平分量端依次连第一相位调制器、第二强度调制器，所述第二相位调制器与第二强度调制器连接。
3.如权利要求2所述的基于两路偏振补偿的量子密钥分配系统，其特征在于，第一强度调制器与第二强度调制器包括第四偏振分束器、第三相位调制器以及调制器法拉第镜，所述第四偏振分束器通过长臂连接调制器法拉第镜、通过短臂连接第三相位调制器，且调制器法拉第镜与第三相位调制器连接成环。
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