CN109039621A - 直流调制量子密钥分发相位解码方法和装置及相应系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提出一种分偏振相差控制的直流调制量子密钥分发相位解码方法和装置及相应系统。该方法包括：将输入光脉冲分束为第一和第二路光脉冲及分别对它们进行相位解码。对每路光脉冲进行相位解码包括：将其入射到包括分束器和合束器的干涉仪以将其分束为两路子光脉冲，及分别沿干涉仪的两臂传输这两路子光脉冲并将它们作相对延时后由合束器合束输出，其中控制该路光脉冲的两个正交偏振态各自经两臂传输的相位差相差2π的整数倍；将第一路子光脉冲偏振分束为两路偏振子光脉冲，沿两条子光路传输两路偏振子光脉冲然后将它们合束后沿第一臂传输至合束器；对每路光脉冲分束得到的两路子光脉冲之一进行直流相位调制。本发明的方案能够抗偏振诱导衰落。

Description

直流调制量子密钥分发相位解码方法和装置及相应系统
技术领域
本发明涉及光传输保密通信技术领域，尤其涉及一种分偏振相差控制的直流调制量子密钥分发相位解码方法、装置及包括该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，量子密钥分发的编码方案主要采用偏振编码和相位编码。地面量子密钥分发主要基于光纤信道传输，而光纤制作存在截面非圆对称、纤芯折射率沿径向不均匀分布等非理想情况，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。采用偏振编码时，受光纤随机双折射的影响，偏振编码的量子态经长距离光纤传输后到达接收端时，光脉冲偏振态会发生随机变化，造成误码率升高，导致需要增加纠偏设备，增加了系统复杂度和成本，且对于架空光缆、路桥光缆等强干扰情况难以实现稳定应用。相比偏振编码，相位编码采用前后光脉冲的相位差来编码信息，在长距离光纤信道传输过程中能够稳定保持。然而对于相位编码方案，在干涉解码时，因传输光纤和编解码干涉仪光纤双折射的影响，存在偏振诱导衰落的问题，导致解码干涉不稳定。同样，若增加纠偏设备，虽然只需要对一种偏振态进行纠偏，但也会增加系统复杂度和成本。对于量子密钥分发相位编码方案，如何稳定高效地进行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热点和难题。
发明内容
本发明的主要目的在于提出一种分偏振相差控制的直流调制量子密钥分发相位解码方法和装置，以解决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。
本发明提供至少以下技术方案：
1.一种分偏振相差控制的直流调制量子密钥分发相位解码方法，其特征在于，所述方法包括：
将入射的任意偏振态的一路输入光脉冲分束为第一路光脉冲和第二路光脉冲；以及
分别对所述第一路光脉冲和第二路光脉冲按照量子密钥分发协议进行相位解码，
其中，分别对所述第一路光脉冲和第二路光脉冲按照量子密钥分发协议进行相位解码包括：
对于所述第一路光脉冲和第二路光脉冲中的每一路光脉冲，
将该路光脉冲入射到包括分束器和合束器的干涉仪，以由所述分束器将该路光脉冲分束为第一路子光脉冲和第二路子光脉冲；以及
分别沿所述干涉仪的第一臂和第二臂传输所述第一路子光脉冲和第二路子光脉冲，并将所述第一路子光脉冲和第二路子光脉冲进行相对延时后由所述合束器合束输出；
其中，对于至少沿所述第一臂传输的所述第一路子光脉冲：将该第一路子光脉冲偏振分束为偏振态相互正交的两路偏振子光脉冲，沿两条子光路传输所述两路偏振子光脉冲，然后将所述两路偏振子光脉冲合束为所述第一路子光脉冲沿所述第一臂传输至所述合束器，
其中，控制该路光脉冲的两个正交偏振态各自在所述干涉仪中经所述第一臂和第二臂传输的相位差相差2π的整数倍，
其中，在分别对所述第一路光脉冲和第二路光脉冲按照量子密钥分发协议进行相位解码的过程中：
在所述分束器分束至所述合束器合束的过程中，对所述第一路光脉冲分束得到的第一路子光脉冲和第二路子光脉冲中的至少一路子光脉冲按照量子密钥分发协议进行直流相位调制，和/或对所述第二路光脉冲分束得到的第一路子光脉冲和第二路子光脉冲中的至少一路子光脉冲按照量子密钥分发协议进行直流相位调制。
2.根据方案1所述的分偏振相差控制的直流调制量子密钥分发相位解码方法，其特征在于，对于所述第一路光脉冲和第二路光脉冲中的每一路光脉冲：
该路光脉冲入射到其中的干涉仪的所述第一臂和第二臂包括对于该路光脉冲的两个正交偏振态存在双折射的光路，和/或所述第一臂和第二臂上具有对于该路光脉冲的两个正交偏振态存在双折射的光器件，其中控制该路光脉冲的两个正交偏振态各自在所述干涉仪中经所述第一臂和第二臂传输的相位差相差2π的整数倍包括：
分别保持这两个正交偏振态各自在所述干涉仪中沿所述第一臂和第二臂传输时偏振态不变；以及
调整存在双折射的光路的长度和/或存在双折射的光器件的双折射大小，使得这两个正交偏振态各自在所述干涉仪中经所述第一臂和第二臂传输的相位差相差2π的整数倍。
3.根据方案1或2所述的分偏振相差控制的直流调制量子密钥分发相位解码方法，其特征在于，将所述第一臂和第二臂配置为保偏光纤光路，将所述第一臂和第二臂上的光器件配置为非双折射光器件和/或偏振保持光器件。
4.根据方案2所述的分偏振相差控制的直流调制量子密钥分发相位解码方法，其特征在于，在所述第一臂和第二臂中的至少一个臂上配置保偏光纤拉伸器和/或双折射相位调制器，其中通过所述保偏光纤拉伸器和/或所述双折射相位调制器调整所述两个正交偏振态各自在所述干涉仪中经所述第一臂和第二臂传输的相位差之差。
5.根据方案1所述的分偏振相差控制的直流调制量子密钥分发相位解码方法，其特征在于，在所述分束器分束至所述合束器合束的过程中，对所述第一路光脉冲和第二路光脉冲中的每一路光脉冲分束得到的第一路子光脉冲和第二路子光脉冲中的至少一路子光脉冲按照量子密钥分发协议进行直流相位调制，其中对所述第一路光脉冲和第二路光脉冲中的每一路光脉冲分束得到的第一路子光脉冲和第二路子光脉冲中的至少一路子光脉冲按照量子密钥分发协议进行直流相位调制包括：
在偏振分束之前或在对所述两路偏振子光脉冲进行合束之后对该路光脉冲分束得到的所述第一路子光脉冲进行直流相位调制，或者在偏振分束至对所述两路偏振子光脉冲进行合束的过程中对所述两路偏振子光脉冲进行相同的相位调制，其中所述至少一路子光脉冲包括该路光脉冲分束得到的所述第一路子光脉冲；和/或
在所述分束器分束至所述合束器合束的过程中对该路光脉冲分束得到的所述第二路子光脉冲进行直流相位调制，其中所述至少一路子光脉冲包括该路光脉冲分束得到的所述第二路子光脉冲。
6.根据方案1所述的分偏振相差控制的直流调制量子密钥分发相位解码方法，其特征在于，在沿所述两条子光路传输所述两路偏振子光脉冲期间对所述两路偏振子光脉冲中至少之一进行相位控制。
7.根据方案6所述的分偏振相差控制的直流调制量子密钥分发相位解码方法，其特征在于，对所述两路偏振子光脉冲中至少之一进行相位控制包括：
调整所述两路偏振子光脉冲中的一路偏振子光脉冲的相位。
8.一种分偏振相差控制的直流调制量子密钥分发相位解码装置，其特征在于，所述相位解码装置包括：
前置分束器，用于将入射的任意偏振态的一路输入光脉冲分束为第一路光脉冲和第二路光脉冲；
与所述前置分束器光耦合的第一干涉仪，用于对所述第一路光脉冲进行相位解码；以及，
与所述前置分束器光耦合的第二干涉仪，用于对所述第二路光脉冲进行相位解码，
所述第一干涉仪包括第一分束器、第一合束器以及与所述第一分束器光耦合并与所述第一合束器光耦合的第一臂和第三臂，其中
所述第一分束器用于将所述第一路光脉冲分束为第一路子光脉冲和第三路子光脉冲；
所述第一臂和第三臂用于分别传输所述第一路子光脉冲和第三路子光脉冲，并用于实现所述第一路子光脉冲和第三路子光脉冲的相对延时；
所述第一合束器用于将经相对延时的所述第一路子光脉冲和第三路子光脉冲合束输出；
其中所述第一臂和第三臂中，至少所述第一臂上设置有第一分偏振相差控制装置，所述第一分偏振相差控制装置包括第一偏振分束器、第三合束器以及与所述第一偏振分束器光耦合并与所述第三合束器光耦合的两条第一子光路，
所述第一偏振分束器用于将所述第一路子光脉冲偏振分束为偏振态相互正交的两路第一偏振子光脉冲；
所述两条第一子光路用于分别传输所述两路第一偏振子光脉冲；
所述第三合束器用于将经所述两条第一子光路传输来的所述两路第一偏振子光脉冲合束为所述第一路子光脉冲沿所述第一臂传输至所述第一合束器，
其中所述第一臂和第三臂及其上的光器件被构造成使得，所述第一路光脉冲的两个正交偏振态各自在所述第一干涉仪中经所述第一臂和第三臂传输的相位差相差2π的整数倍，
所述第二干涉仪包括第二分束器、第二合束器以及与所述第二分束器光耦合并与所述第二合束器光耦合的第二臂和第四臂，其中
所述第二分束器用于将所述第二路光脉冲分束为第二路子光脉冲和第四路子光脉冲；
所述第二臂和第四臂用于分别传输所述第二路子光脉冲和第四路子光脉冲，并用于实现所述第二路子光脉冲和第四路子光脉冲的相对延时；
所述第二合束器用于将经相对延时的所述第二路子光脉冲和第四路子光脉冲合束输出；
其中所述第二臂和第四臂中，至少所述第二臂上设置有第二分偏振相差控制装置，所述第二分偏振相差控制装置包括第二偏振分束器、第四合束器以及与所述第二偏振分束器光耦合并与所述第四合束器光耦合的两条第二子光路，
所述第二偏振分束器用于将所述第二路子光脉冲偏振分束为偏振态相互正交的两路第二偏振子光脉冲；
所述两条第二子光路用于分别传输所述两路第二偏振子光脉冲；
所述第四合束器用于将经所述两条第二子光路传输来的所述两路第二偏振子光脉冲合束为所述第二路子光脉冲沿所述第二臂传输至所述第二合束器，
其中所述第二臂和第四臂及其上的光器件被构造成使得，所述第二路光脉冲的两个正交偏振态各自在所述第二干涉仪中经所述第二臂和第四臂传输的相位差相差2π的整数倍，
其中所述第一干涉仪具有位于所述第一臂和第三臂中至少之一上的直流相位调制器，和/或所述第二干涉仪具有位于所述第二臂和第四臂中至少之一上的直流相位调制器，所述直流相位调制器用于对经其所在的光路传输的子光脉冲按照量子密钥分发协议进行直流相位调制。
9.根据方案8所述的分偏振相差控制的直流调制量子密钥分发相位解码装置，其特征在于，
所述第一臂和第三臂为保偏光纤光路，所述第一臂和第三臂上的光器件为偏振保持光器件和/或非双折射光器件；和/或
所述第二臂和第四臂为保偏光纤光路，所述第二臂和第四臂上的光器件为偏振保持光器件和/或非双折射光器件。
10.根据方案8所述的分偏振相差控制的直流调制量子密钥分发相位解码装置，其特征在于，所述相位解码装置还包括：
位于所述第一臂和第三臂中的任一臂上的第一保偏光纤拉伸器，和/或位于所述第一臂和第三臂中的任一臂上的第一双折射相位调制器，所述第一保偏光纤拉伸器用于调节其所在的臂的保偏光纤长度，所述第一双折射相位调制器用于对通过其的光脉冲的两个正交偏振态施加不同的可调的相位调制；和/或
位于所述第二臂和第四臂中的任一臂上的第二保偏光纤拉伸器，和/或位于所述第二臂和第四臂中的任一臂上的第二双折射相位调制器，所述第二保偏光纤拉伸器用于调节其所在的臂的保偏光纤长度，所述第二双折射相位调制器用于对通过其的光脉冲的两个正交偏振态施加不同的可调的相位调制。
11.根据方案8所述的分偏振相差控制的直流调制量子密钥分发相位解码装置，其特征在于，所述第一干涉仪具有位于所述第一臂和第三臂中至少之一上的直流相位调制器，所述第二干涉仪具有位于所述第二臂和第四臂中至少之一上的直流相位调制器，其中
所述第一干涉仪具有的直流相位调制器包括：
位于所述第三臂上的直流相位调制器，用于在所述第一分束器分束至所述第一合束器合束的过程中对所述第三路子光脉冲进行直流相位调制；和/或
在所述第一偏振分束器之前设置在所述第一臂上、用于在偏振分束之前对所述第一路子光脉冲进行直流相位调制的直流相位调制器，或在所述第三合束器之后设置在所述第一臂上、用于在对所述两路第一偏振子光脉冲进行合束之后对所述第一路子光脉冲进行直流相位调制的直流相位调制器，或分别位于所述两条第一子光路上、用于在偏振分束至对所述两路第一偏振子光脉冲进行合束的过程中对所述两路第一偏振子光脉冲进行相同的直流相位调制的两个直流相位调制器，并且其中
所述第二干涉仪具有的直流相位调制器包括：
位于所述第四臂上的直流相位调制器，用于在所述第二分束器分束至所述第二合束器合束的过程中对所述第四路子光脉冲进行直流相位调制；和/或
在所述第二偏振分束器之前设置在所述第二臂上、用于在偏振分束之前对所述第二路子光脉冲进行直流相位调制的直流相位调制器，或在所述第四合束器之后设置在所述第二臂上、用于在对所述两路第二偏振子光脉冲进行合束之后对所述第二路子光脉冲进行直流相位调制的直流相位调制器，或分别位于所述两条第二子光路上、用于在偏振分束至对所述两路第二偏振子光脉冲进行合束的过程中对所述两路第二偏振子光脉冲进行相同的直流相位调制的两个直流相位调制器。
12.根据方案8所述的分偏振相差控制的直流调制量子密钥分发相位解码装置，其特征在于，
所述两条第一子光路中的至少一条子光路上设置有第一光纤移相器或相位调制器，所述第一光纤移相器或相位调制器用于调整经其所在的第一子光路传输的偏振子光脉冲的相位；和/或
所述两条第二子光路中的至少一条子光路上设置有第二光纤移相器或相位调制器，所述第二光纤移相器或相位调制器用于调整经其所在的第二子光路传输的偏振子光脉冲的相位。
13.根据方案8所述的分偏振相差控制的直流调制量子密钥分发相位解码装置，其特征在于，
所述第一干涉仪采用不等臂马赫-曾德尔干涉仪的结构；或者
所述第一干涉仪采用不等臂迈克尔逊干涉仪的结构，所述第一合束器和第一分束器为同一器件，所述第一干涉仪还包括：位于所述第一臂上的第一反射镜，用于将来自所述第一分束器的经所述第一臂传输来的所述第一路子光脉冲反射回所述第一合束器；位于所述第三臂上的第三反射镜，用于将来自所述第一分束器的经所述第三臂传输来的所述第三路子光脉冲反射回所述第一合束器，
和/或
所述第二干涉仪采用不等臂马赫-曾德尔干涉仪的结构；或者
所述第二干涉仪采用不等臂迈克尔逊干涉仪的结构，所述第二合束器和第二分束器为同一器件，所述第二干涉仪还包括：位于所述第二臂上的第二反射镜，用于将来自所述第二分束器的经所述第二臂传输来的所述第二路子光脉冲反射回所述第二合束器；位于所述第四臂上的第四反射镜，用于将来自所述第二分束器的经所述第四臂传输来的所述第四路子光脉冲反射回所述第二合束器。
14.根据方案8或13所述的分偏振相差控制的直流调制量子密钥分发相位解码装置，其特征在于，
所述第一分偏振相差控制装置采用马赫-曾德尔光路的结构；或者
所述第一分偏振相差控制装置采用迈克尔逊光路的结构，所述第一偏振分束器和第三合束器为同一器件，所述第一分偏振相差控制装置还包括两个反射镜，其中所述两个反射镜中的一个位于所述两条第一子光路中的一条第一子光路上，用于将来自所述第一偏振分束器的经所述一条第一子光路传输来的第一偏振子光脉冲反射回所述第三合束器；所述两个反射镜中的另一个位于所述两条第一子光路中的另一条第一子光路上，用于将来自所述第一偏振分束器的经所述另一条第一子光路传输来的第一偏振子光脉冲反射回所述第三合束器，其中所述第一干涉仪采用不等臂迈克尔逊干涉仪的结构，所述两个反射镜之一为所述第一反射镜；
和/或
所述第二分偏振相差控制装置采用马赫-曾德尔光路的结构；或者
所述第二分偏振相差控制装置采用迈克尔逊光路的结构，所述第二偏振分束器和第四合束器为同一器件，所述第二分偏振相差控制装置还包括另两个反射镜，其中所述另两个反射镜中的一个位于所述两条第二子光路中的一条第二子光路上，用于将来自所述第二偏振分束器的经所述一条第二子光路传输来的第二偏振子光脉冲反射回所述第四合束器；所述另两个反射镜中的另一个位于所述两条第二子光路中的另一条第二子光路上，用于将来自所述第二偏振分束器的经所述另一条第二子光路传输来的第二偏振子光脉冲反射回所述第四合束器，其中所述第二干涉仪采用不等臂迈克尔逊干涉仪的结构，所述另两个反射镜之一为所述第二反射镜。
15.根据方案8～13中任一所述的分偏振相差控制的直流调制量子密钥分发相位解码装置，其特征在于，所述第三合束器为保偏耦合器或偏振合束器，所述第四合束器为保偏耦合器或偏振合束器。
16.一种量子密钥分发系统，包括：
根据方案8～15中任一所述的分偏振相差控制的直流调制量子密钥分发相位解码装置，其设置在所述量子密钥分发系统的接收端，用于相位解码；和/或
根据方案8～15中任一所述的分偏振相差控制的直流调制量子密钥分发相位解码装置，其设置在所述量子密钥分发系统的发射端，用于相位编码。
利用本发明的方案，可实现多个优点。例如，本发明通过控制光脉冲的两个正交偏振态各自在不等臂干涉仪的两臂中传输的相位差之差，实现这两个正交偏振态同时在输出端口有效干涉输出，由此实现环境干扰免疫的相位基解码功能，使得能够实现稳定的环境干扰免疫的相位编码量子密钥分发解决方案。另外，通过对沿干涉仪的至少一臂传输的光脉冲进行偏振分集处理，使得能够对该光脉冲的两个正交偏振态独立地进行相位控制，从而更容易实现光脉冲的两个正交偏振态各自在不等臂干涉仪的两臂中传输的相位差之差满足要求(即，为2π的整数倍)。另外，通过在接收端将输入光脉冲分束为两路光脉冲后分别对这两路光脉冲进行相位解码，在相位解码的过程中对每路光脉冲进行直流选基调制，可有利地降低与解码选基时的相位调制相关的要求，尤其对于高速系统而言避免了解码选基时的高速相位调制要求。本发明提供了一种方便可行的抗偏振诱导衰落的量子密钥分发解码方案。此外，本发明对相位解码装置采用的干涉仪的类型没有约束，可使用最常用的不等臂马赫-曾德尔型干涉仪，使光脉冲在解码时只需经过一次相位调制器，由此有利于减小接收端的插入损耗、提高系统效率。
附图说明
图1为本发明一优选实施例的分偏振相差控制的直流调制量子密钥分发相位解码方法的流程图；
图2为本发明一优选实施例的分偏振相差控制的直流调制量子密钥分发相位解码装置的组成结构示意图；
图3为本发明另一优选实施例的分偏振相差控制的直流调制量子密钥分发相位解码装置的组成结构示意图；
图4为本发明另一优选实施例的分偏振相差控制的直流调制量子密钥分发相位解码装置的组成结构示意图；
图5为本发明另一优选实施例的分偏振相差控制的直流调制量子密钥分发相位解码装置的组成结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图来具体描述本发明的优选实施例，其中，附图构成本申请一部分，并与本发明的实施例一起用于阐释本发明的原理。为了清楚和简化目的，当其可能使本发明的主题模糊不清时，对本文所描述的器件的已知功能和结构的详细具体说明将省略。
本发明一优选实施例的一种分偏振相差控制的直流调制量子密钥分发相位解码方法如图1所示，包括以下步骤：
步骤S101：将入射的任意偏振态的一路输入光脉冲分束为第一路光脉冲和第二路光脉冲。
入射的输入光脉冲是任意偏振态的，可以是线偏振的、圆偏振的或者椭圆偏振的完全偏振光，也可以是部分偏振光或者非偏振光。
可以将入射的一路输入光脉冲按50:50分束为两路光脉冲。
步骤S102：分别对所述第一路光脉冲和第二路光脉冲按照量子密钥分发协议进行相位解码。
如本领域技术人员会理解的，每一路光脉冲可以看成由两个正交偏振态组成。自然地，由一路光脉冲分束得到的两路子光脉冲也可以同样看成由与该路光脉冲相同的两个正交偏振态组成。
对于所述第一路光脉冲和第二路光脉冲中的每一路光脉冲，对其进行相位解码可包括：将该路光脉冲入射到包括分束器和合束器的干涉仪，以由所述分束器将该路光脉冲分束为第一路子光脉冲和第二路子光脉冲；以及分别沿所述干涉仪的第一臂和第二臂传输所述第一路子光脉冲和第二路子光脉冲，并将所述第一路子光脉冲和第二路子光脉冲进行相对延时后由所述合束器合束输出。
在该方法中，在分别对所述第一路光脉冲和第二路光脉冲按照量子密钥分发协议进行相位解码的过程中：可以在分束至合束的过程中，对所述第一路光脉冲分束得到的第一路子光脉冲和第二路子光脉冲中的至少一路子光脉冲按照量子密钥分发协议进行直流相位调制，和/或对所述第二路光脉冲分束得到的第一路子光脉冲和第二路子光脉冲中的至少一路子光脉冲按照量子密钥分发协议进行直流相位调制。
这里，相对延时和相位调制按照量子密钥分发协议的要求和规定进行，本文不作详细说明。
根据本发明的方法，在对每一路光脉冲进行相位解码期间，可以对分别沿第一臂和第二臂传输的第一路子光脉冲和第二路子光脉冲中的任一路子光脉冲进行偏振分集处理，或者对第一路子光脉冲和第二路子光脉冲两者分别进行偏振分集处理。以对沿所述第一臂传输的第一路子光脉冲进行偏振分集处理为例，对于该第一路子光脉冲：将该第一路子光脉冲偏振分束为偏振态相互正交的两路偏振子光脉冲，沿两条子光路传输所述两路偏振子光脉冲，然后将所述两路偏振子光脉冲合束为所述第一路子光脉冲沿所述第一臂传输至所述合束器。
根据本发明的方法，在对每一路光脉冲进行相位解码期间，控制该路光脉冲的两个正交偏振态各自在相应干涉仪中经第一臂和第二臂传输的相位差相差2π的整数倍。举例而言，假设这两个正交偏振态分别为x偏振态和y偏振态，将x偏振态在所述干涉仪中经第一臂和第二臂传输的相位差表示为Δx，将y偏振态在所述干涉仪中经第一臂和第二臂传输的相位差表示为Δy，则该路光脉冲的两个正交偏振态各自在所述干涉仪中在其分束器分束至合束器合束期间经第一臂和第二臂传输的相位差相差2π的整数倍可以表示为：
Δx–Δy＝2π.m，
其中m为整数，可以为正整数、负整数或零。
对于第一路光脉冲和第二路光脉冲中的每一路光脉冲，为实现该路光脉冲的两个正交偏振态各自在相应干涉仪中经第一臂和第二臂传输的相位差相差2π的整数倍，可以采用以下手段中的任一或其任何组合：
●对该路光脉冲分束得到的第一路子光脉冲和第二路子光脉冲中经受偏振分集处理的一路子光脉冲偏振分束所得到的两路偏振子光脉冲中至少之一进行相位控制。以对沿相应干涉仪的第一臂传输的第一路子光脉冲进行偏振分集处理为例，在这种情况下：可以在沿相应的两条子光路传输所述第一路子光脉冲偏振分束得到的两路偏振子光脉冲期间对这两路偏振子光脉冲中至少之一进行相位控制。例如，对这两路偏振子光脉冲中至少之一进行相位控制可包括：调整这两路偏振子光脉冲中的任一路偏振子光脉冲的相位，或者调整这两路偏振子光脉冲中的每路偏振子光脉冲的相位。例如，根据需要，可以在传输这两路偏振子光脉冲中之一的子光路上配置光纤移相器或相位调制器，或者在传输这两路偏振子光脉冲中的每路偏振子光脉冲的每条子光路上各配置光纤移相器或相位调制器，以通过所述光纤移相器或相位调制器调整相应偏振子光脉冲的传输相位。光纤移相器适于对其所在的光路的长度进行调整并由此调整其所在的光路传输的光脉冲的传输相位，尤其适用于保偏光纤光路的长度调整。
●相应干涉仪的第一臂和第二臂包括对于该路光脉冲的两个正交偏振态存在双折射的光路，和/或所述第一臂和第二臂上具有对于这两个正交偏振态存在双折射的光器件，在此情况下如下所述地控制该路光脉冲的两个正交偏振态各自在所述干涉仪中经所述第一臂和第二臂传输的相位差之差：分别保持这两个正交偏振态各自在所述干涉仪中沿所述第一臂和第二臂传输时偏振态不变；以及调整存在双折射的光路的长度和/或存在双折射的光器件的双折射大小，使得这两个正交偏振态各自在所述干涉仪中经所述第一臂和第二臂传输的相位差相差2π的整数倍。可选地，这可以通过以下任一实现：i)将所述第一臂和第二臂配置为保偏光纤光路，将所述第一臂和第二臂上的光器件配置为非双折射光器件和/或偏振保持光器件；ii)将所述第一臂和第二臂配置为自由空间光路，将所述第一臂和第二臂上的光器件配置为偏振保持光器件。在i)的情况下，可在所述第一臂和第二臂中的至少一个臂上配置保偏光纤拉伸器和/或双折射相位调制器。保偏光纤拉伸器适于调节其所在的光路的保偏光纤长度。双折射相位调制器适于对通过其的两个正交偏振态施加不同的可调的相位调制，因而可被设置来影响和调整该路光脉冲的两个正交偏振态各自在所述干涉仪中经所述第一臂和第二臂传输的相位差之差。例如，双折射相位调制器可以为铌酸锂相位调制器，通过控制施加至铌酸锂晶体的电压，可以对通过该相位调制器的两个正交偏振态各自所经受的相位调制进行控制和调整。由此，双折射相位调制器可用于影响和调整该路光脉冲的两个正交偏振态各自在所述干涉仪中经所述第一臂和第二臂传输的相位差之差。
●将相应干涉仪的第一臂和第二臂配置为自由空间光路，将所述第一臂和第二臂上的光器件配置为非双折射光器件。在这种情况下，该路光脉冲的两个正交偏振态各自在所述干涉仪中沿所述第一臂和第二臂传输时偏振态不变，并且这两个正交偏振态各自在所述干涉仪中沿所述第一臂和第二臂传输的相位差可以相同。
本文中，“保偏光纤光路”是指采用保偏光纤传输光脉冲的光路或保偏光纤连接形成的光路。“非双折射光器件”是指对于不同的偏振态(例如，两个正交偏振态)具有相同折射率的光器件。另外，偏振保持光器件也可称为保偏光器件。
如上文所述，对于第一路光脉冲和第二路光脉冲中的每一路光脉冲，可以可选地在相应干涉仪的分束器分束至该干涉仪的合束器合束的过程中对该路光脉冲分束得到的第一路子光脉冲和第二路子光脉冲中的至少一路子光脉冲按照量子密钥分发协议进行直流相位调制。另外，可以对分别沿该干涉仪的第一臂和第二臂传输的第一路子光脉冲和第二路子光脉冲两者或它们中的任一进行偏振分集处理。对经受偏振分集处理的任一路子光脉冲——例如第一路子光脉冲——进行直流相位调制可以通过以下任一实现：在偏振分束之前对第一路子光脉冲进行直流相位调制，或在对相应的两路偏振子光脉冲进行合束之后对第一路子光脉冲进行直流相位调制，或在偏振分束至对相应的两路偏振子光脉冲进行合束的过程中对这两路偏振子光脉冲进行相同的相位调制。对未经受偏振分集处理的子光脉冲——如果有的话，例如第二路子光脉冲——进行直流相位调制可以包括：在该干涉仪的分束器分束至该干涉仪的合束器合束的过程中对第二路子光脉冲进行直流相位调制。
对一个光脉冲进行相位调制可通过偏振无关相位调制器实现。偏振无关相位调制器适于对光脉冲的两个正交偏振态进行相同的相位调制，所以被称为偏振无关的。举例而言，偏振无关相位调制器可以由两个双折射相位调制器串联或并联实现。根据情况，可以通过多种具体手段来实现对光脉冲的直流相位调制。例如，这些手段可包括：调制自由空间光路的长度，或者调制光纤的长度，或者利用串联或并联光波导相位调制器等。例如，可通过用电机改变自由空间光路的长度来实现期望的直流相位调制。再如，可通过利用压电效应的光纤拉伸器来调制光纤的长度，由此实现相位调制。另外，相位调制器可以是适于电压控制的其他类型，通过施加合适的直流电压至偏振无关相位调制器来对光脉冲的两个正交偏振态进行相同的相位调制，可实现期望的直流相位调制。在直流相位调制的情况下，无需变换施加至相位调制器的电压。
对所述第一路光脉冲和第二路光脉冲中的一路光脉冲分束得到的两路子光脉冲中至少之一所作的直流相位调制与对所述第一路光脉冲和第二路光脉冲中的另一路光脉冲分束得到的两路子光脉冲中至少之一所作的直流相位调制可以相差90度。
本发明一优选实施例的一种分偏振相差控制的直流调制量子密钥分发相位解码装置如图2所示，包括以下组成部分：前置分束器201、第一分束器202、第一偏振分束器203、第一偏振合束器204、第一直流相位调制器205、第一合束器206、第二分束器207、第二偏振分束器208、第二偏振合束器209、第二直流相位调制器210、第二合束器211。
第一分束器202、第一合束器206及它们之间的两臂总体可称为第一干涉仪。第一偏振分束器203、第一偏振合束器204及它们之间的两条子光路总体可称为第一分偏振相差控制装置。第一分偏振相差控制装置和第一直流相位调制器205分别插入第一干涉仪的两臂。为方便起见，第一干涉仪的插入有第一分偏振相差控制装置的臂在下面亦称为第一臂，第一干涉仪的插入有第一直流相位调制器205的臂在下面亦称为第三臂。
第二分束器207、第二合束器211及它们之间的两臂总体可称为第二干涉仪。第二偏振分束器208、第二偏振合束器209及它们之间的两条子光路总体可称为第二分偏振相差控制装置。第二分偏振相差控制装置和第二直流相位调制器210分别插入第二干涉仪的两臂。为方便起见，第二干涉仪的插入有第二分偏振相差控制装置的臂在下面亦称为第二臂，第二干涉仪的插入有第二直流相位调制器210的臂在下面亦称为第四臂。
前置分束器201用于将入射的任意偏振态的一路输入光脉冲分束为第一路光脉冲和第二路光脉冲。
第一干涉仪与前置分束器201光耦合，用于对所述第一路光脉冲进行相位解码，其中：
第一分束器202用于将所述第一路光脉冲分束为第一路子光脉冲和第三路子光脉冲；
所述第一臂和第三臂用于分别传输所述第一路子光脉冲和第三路子光脉冲，并用于实现所述第一路子光脉冲和第三路子光脉冲的相对延时；
第一合束器206用于将经相对延时的所述第一路子光脉冲和第三路子光脉冲合束输出；
第一偏振分束器203用于将所述第一路子光脉冲偏振分束为偏振态相互正交的两路第一偏振子光脉冲；
所述两条第一子光路用于分别传输所述两路第一偏振子光脉冲；
第一偏振合束器204用于将经所述两条第一子光路传输来的所述两路第一偏振子光脉冲偏振合束为所述第一路子光脉冲沿所述第一臂传输至第一合束器206。
第一干涉仪的第一臂和第三臂及其上的光器件被构造成使得，所述第一路光脉冲的两个正交偏振态各自在所述第一干涉仪中经所述第一臂和第三臂传输的相位差相差2π的整数倍。
第二干涉仪与前置分束器201光耦合，用于对所述第二路光脉冲进行相位解码，其中：
第二分束器207用于将所述第二路光脉冲分束为第二路子光脉冲和第四路子光脉冲；
所述第二臂和第四臂用于分别传输所述第二路子光脉冲和第四路子光脉冲，并用于实现所述第二路子光脉冲和第四路子光脉冲的相对延时；
第二合束器211用于将经相对延时的所述第二路子光脉冲和第四路子光脉冲合束输出；
第二偏振分束器208用于将所述第二路子光脉冲偏振分束为偏振态相互正交的两路第二偏振子光脉冲；
所述两条第二子光路用于分别传输所述两路第二偏振子光脉冲；
第二偏振合束器209用于将经所述两条第二子光路传输来的所述两路第二偏振子光脉冲合束为所述第二路子光脉冲沿所述第二臂传输至第二合束器211。
第二干涉仪的第二臂和第四臂及其上的光器件被构造成使得，所述第二路光脉冲的两个正交偏振态各自在所述第二干涉仪中经所述第二臂和第四臂传输的相位差相差2π的整数倍。
对于第一干涉仪和第二干涉仪中的每一个，可通过调节其两臂中任一的光路物理长度来实现两路子光脉冲的相对延时。
对于第一干涉仪和第二干涉仪中的每一个，尽管图2中示出仅一个臂上设置有分偏振相差控制装置，但也可能的是，两个臂上各设置一分偏振相差控制装置。
对于第一干涉仪和第二干涉仪中的每一个，尽管图2中示出插入的分偏振相差控制装置使用了偏振合束器，但可能的是，用保偏耦合器代替该偏振合束器来对两路偏振子光脉冲进行合束。
对于第一干涉仪和第二干涉仪中的每一个，尽管图2中其被示出为不等臂马赫-曾德尔干涉仪的结构，但该干涉仪可以采用不等臂迈克尔逊干涉仪的结构。
对于第一干涉仪和第二干涉仪中的每一个，尽管图2中示出插入的分偏振相差控制装置为马赫-曾德尔光路的结构，但该分偏振相差控制装置采用迈克尔逊光路的结构是可能的。
尽管图2示出第一干涉仪和第二干涉仪均具有直流相位调制器，但第一干涉仪和第二干涉仪中的仅一个具有直流相位调制器是可能的。在任一情况下，可用的直流相位调制器导致在第一干涉仪和第二干涉仪中的一个干涉仪中所作的直流相位调制相对于在第一干涉仪和第二干涉仪中的另一个干涉仪中所作的直流相位调制可以相差90度。
直流相位调制器205和210可以各为偏振无关相位调制器，包括进行了双折射补偿的双折射器件(例如通过串联或并联的两个双折射相位调制器实现)，或前面提到的其他偏振无关相位调制器。
第一干涉仪和第二干涉仪中的每一个可以可选地具有如下设置中的任一或其任何组合：
●该干涉仪的两个臂为保偏光纤光路，所述两个臂上的光器件为偏振保持光器件和/或非双折射光器件。
●该干涉仪还包括：保偏光纤拉伸器，所述保偏光纤拉伸器位于该干涉仪的两个臂中的任一臂上，用于调节其所在的臂的保偏光纤长度；和/或双折射相位调制器，所述双折射相位调制器位于所述两个臂中的任一臂上，用于对通过其的光脉冲的两个正交偏振态施加不同的可调的相位调制。
●插入的分偏振相差控制装置的两条子光路中的至少一条子光路上设置有光纤移相器或相位调制器，所述光纤移相器或相位调制器用于调整经其所在的子光路传输的偏振子光脉冲的传输相位。
●该干涉仪采用不等臂迈克尔逊干涉仪的结构，该干涉仪的分束器和合束器为同一器件，该干涉仪还包括：位于所述两臂中的一个臂上的第一反射镜，用于将来自所述干涉仪的分束器的经所述一个臂传输来的子光脉冲反射回所述干涉仪的合束器；位于所述两臂中的另一臂上的第二反射镜，用于将来自所述干涉仪的分束器的经所述另一臂传输来的子光脉冲反射回所述干涉仪的合束器。
●插入的分偏振相差控制装置采用迈克尔逊光路的结构，其偏振分束器和偏振合束器为同一器件，该分偏振相差控制装置还包括两个反射镜，其中所述两个反射镜中的一个位于该分偏振相差控制装置的两条子光路中的一条子光路上，用于将来自所述偏振分束器的经所述一条子光路传输来的偏振子光脉冲反射回所述偏振合束器；所述两个反射镜中的另一个位于所述两条子光路中的另一条子光路上，用于将来自所述偏振分束器的经所述另一条子光路传输来的偏振子光脉冲反射回所述偏振合束器，其中该干涉仪如上所述采用不等臂迈克尔逊干涉仪的结构，位于该干涉仪的插入有该分偏振相差控制装置的臂上的那个反射镜为该分偏振相差控制装置的所述两个反射镜中之一。
●该干涉仪如上所述采用不等臂迈克尔逊干涉仪的结构，该干涉仪的输入端口和输出端口之一为同一端口，该干涉仪还包括光环形器，所述光环形器位于所述干涉仪的分束器前端，相应的光脉冲从所述光环形器的第一端口输入并从所述光环形器的第二端口输出至所述干涉仪的分束器，来自所述干涉仪的合束器的合束输出被输入至所述光环形器的第二端口并从所述光环形器的第三端口输出。
在干涉仪的第一臂和/或第二臂上设置有保偏光纤拉伸器的情况下，可以可选地将保偏光纤拉伸器用作相位调制器，用于对经其所在的臂传输的光脉冲进行相位调制。
对于第一干涉仪和第二干涉仪中的每一个，在插入的分偏振相差控制装置的两条子光路上各设置有一光纤移相器的情况下，可以可选地将光纤移相器用作相位调制器，用于对两路偏振子光脉冲进行相同的相位调制。
本发明另一优选实施例的一种分偏振相差控制的直流调制量子密钥分发相位解码装置如图3所示，包括以下组成部分：分束器303、保偏分束器304和312、偏振分束器305和313、保偏光纤移相器306和314、偏振合束器307和315、直流相位调制器308和316，以及保偏合束器309和317。
分束器303作为前置分束器，其一侧的两个端口301和302之一作为装置的输入端。
保偏分束器304、保偏合束器309及其间的两个臂组成第一马赫-曾德尔干涉仪。偏振分束器305、偏振合束器307及其间的两条第一子光路总体可称为第一分偏振相差控制装置。第一分偏振相差控制装置和直流相位调制器308分别插入第一马赫-曾德尔干涉仪的两臂。保偏光纤移相器306插入第一分偏振相差控制装置的两条第一子光路中任一。输入光脉冲经第一马赫-曾德尔干涉仪解码后由端口310或311输出。为方便起见，第一马赫-曾德尔干涉仪的插入有第一分偏振相差控制装置的臂在下面亦称为第一臂，第一马赫-曾德尔干涉仪的插入有直流相位调制器308的臂在下面亦称为第三臂。
保偏分束器312、保偏合束器317及其间的两个臂组成第二马赫-曾德尔干涉仪。偏振分束器313、偏振合束器315及其间的两条第二子光路总体可称为第二分偏振相差控制装置。第二分偏振相差控制装置和直流相位调制器316分别插入第二马赫-曾德尔干涉仪的两臂。保偏光纤移相器314插入第二分偏振相差控制装置的两条第二子光路中任一。输入光脉冲经第二马赫-曾德尔干涉仪解码后由端口318或319输出。为方便起见，第二马赫-曾德尔干涉仪的插入有第二分偏振相差控制装置的臂在下面亦称为第二臂，第二马赫-曾德尔干涉仪的插入有直流相位调制器316的臂在下面亦称为第四臂。
工作时，输入光脉冲经分束器303的端口301或302进入分束器303，并由分束器303分束成第一路光脉冲和第二路光脉冲进行传输。
第一路光脉冲输入至保偏分束器304，并由保偏分束器304分束为第一路子光脉冲和第三路子光脉冲。第一路子光脉冲由偏振分束器305偏振分束为两路偏振子光脉冲；这两路偏振子光脉冲分别经两条第一子光路传输至偏振合束器307，并由偏振合束器307偏振合束为第一路子光脉冲沿第一臂传输至保偏合束器309。第三路子光脉冲经直流相位调制器308调制例如0度相位后传输至保偏合束器309。传输至保偏合束器309的经相对延时的第一路子光脉冲和第三路子光脉冲经保偏合束器309合束后由端口310或311输出。在对第一路子光脉冲进行偏振分束至合束期间，可通过保偏光纤移相器306对经保偏光纤移相器306所在的子光路传输的偏振子光脉冲进行相位调整。
第二路光脉冲输入至保偏分束器312，并由保偏分束器312分束为第二路子光脉冲和第四路子光脉冲。第二路子光脉冲由偏振分束器313偏振分束为两路偏振子光脉冲；这两路偏振子光脉冲分别经两条第二子光路传输至偏振合束器315，并由偏振合束器315偏振合束为第二路子光脉冲沿第二臂传输至保偏合束器317。第四路子光脉冲经直流相位调制器316调制例如90度相位后传输至保偏合束器317。传输至保偏合束器317的经相对延时的第二路子光脉冲和第四路子光脉冲经保偏合束器317合束后由端口318或319输出。在对第二路子光脉冲进行偏振分束至合束期间，可通过保偏光纤移相器314对经保偏光纤移相器314所在的子光路传输的偏振子光脉冲进行相位调整。
直流相位调制器308和316可以各为偏振无关相位调制器，包括进行了双折射补偿的双折射器件(例如通过串联或并联的两个双折射相位调制器实现)，或前面提到的其他偏振无关相位调制器。
直流相位调制器308调制90度相位而直流相位调制器316调制0度相位是可能的；在这种情况下，上述工作过程不受影响。
对于第一马赫-曾德尔干涉仪和第二马赫-曾德尔干涉仪中的每个，插入的分偏振相差控制装置的两条子光路可以各插入一光纤移相器。在此情况下，可以通过这两条子光路上的两个光纤移相器对两路偏振子光脉冲进行相同的相位调制，由此实现相应直流相位调制器308或316的相位调制功能；即，可以省略该相应直流相位调制器。
对于第一马赫-曾德尔干涉仪和第二马赫-曾德尔干涉仪中的每个，可在其同一臂中插入分偏振相差控制装置和直流相位调制器，而上述工作过程不受影响。
本发明另一优选实施例的一种分偏振相差控制的直流调制量子密钥分发相位解码装置如图4所示，包括以下组成部分：分束器403、光环形器404和414、保偏分束器405和415、偏振分束器406和416、保偏光纤移相器407和417、偏振合束器408和418、直流相位调制器410和420，以及反射镜409、411、419和421。
分束器403作为前置分束器，其一侧的两个端口401和402之一作为装置的输入端。
由光环形器404的第一端口A输入的光脉冲由光环形器404的第二端口B输出，由第二端口B输入的光脉冲由光环形器404的第三端口C输出。保偏分束器405、两个反射镜409和411以及保偏分束器405与这两个反射镜之间的两个臂组成第一迈克尔逊干涉仪。偏振分束器406、偏振合束器408及其间的两条第一子光路总体可称为第一分偏振相差控制装置。第一分偏振相差控制装置和直流相位调制器410分别插入第一迈克尔逊干涉仪的两臂。保偏光纤移相器407插入第一分偏振相差控制装置的两条第一子光路中任一。输入光脉冲经第一迈克尔逊干涉仪解码后由端口413输出，或经光环形器404的端口B传输至端口C由端口412输出。为方便起见，第一迈克尔逊干涉仪的插入有第一分偏振相差控制装置的臂在下面亦称为第一臂，第一迈克尔逊干涉仪的插入有直流相位调制器410的臂在下面亦称为第三臂。
由光环形器414的第一端口D输入的光脉冲由光环形器414的第二端口E输出，由第二端口E输入的光脉冲由光环形器414的第三端口F输出。保偏分束器415、两个反射镜419和421以及保偏分束器415与这两个反射镜之间的两个臂组成第二迈克尔逊干涉仪。偏振分束器416、偏振合束器418及其间的两条第一子光路总体可称为第二分偏振相差控制装置。第二分偏振相差控制装置和直流相位调制器420分别插入第二迈克尔逊干涉仪的两臂。保偏光纤移相器417插入第二分偏振相差控制装置的两条第二子光路中任一。输入光脉冲经第二迈克尔逊干涉仪解码后由端口423输出，或经光环形器414的端口E传输至端口F由端口422输出。为方便起见，第二迈克尔逊干涉仪的插入有第二分偏振相差控制装置的臂在下面亦称为第二臂，第二迈克尔逊干涉仪的插入有直流相位调制器420的臂在下面亦称为第四臂。
工作时，输入光脉冲经分束器403的端口401或402进入分束器403，并由分束器403分束成第一路光脉冲和第二路光脉冲进行传输。
第一路光脉冲输入光环形器404的端口A，经光环形器404的端口B输出至保偏分束器405，并由保偏分束器405分束为第一路子光脉冲和第三路子光脉冲。第一路子光脉冲由偏振分束器406偏振分束为两路偏振子光脉冲；这两路偏振子光脉冲分别经两条第一子光路传输至偏振合束器408，并由偏振合束器408合束为第一路子光脉冲沿第一臂传输至反射镜409并由反射镜409反射回来。第三路子光脉冲经直流相位调制器410调制例如0度相位后传输至反射镜411并由反射镜411反射回来。反射回来的经相对延时的第一路子光脉冲和第三路子光脉冲经保偏分束器405合束后由端口413输出，或经光环形器404的端口B传输至端口C由端口412输出。在对第一路子光脉冲进行偏振分束至合束期间，可通过保偏光纤移相器407对经保偏光纤移相器407所在的子光路传输的偏振子光脉冲进行相位调整。
第二路光脉冲输入光环形器414的端口D，经光环形器414的端口E输出至保偏分束器415，并由保偏分束器415分束为第二路子光脉冲和第四路子光脉冲。第二路子光脉冲由偏振分束器416偏振分束为两路偏振子光脉冲；这两路偏振子光脉冲分别经两条第二子光路传输至偏振合束器418，并由偏振合束器418合束为第二路子光脉冲沿第二臂传输至反射镜419并由反射镜419反射回来。第四路子光脉冲经直流相位调制器420调制例如90度相位后传输至反射镜421并由反射镜421反射回来。反射回来的经相对延时的第二路子光脉冲和第四路子光脉冲经保偏分束器415合束后由端口423输出，或经光环形器414的端口E传输至端口F由端口422输出。在对第二路子光脉冲进行偏振分束至合束期间，可通过保偏光纤移相器417对经保偏光纤移相器417所在的子光路传输的偏振子光脉冲进行相位调整。
直流相位调制器410和420可以各为偏振无关相位调制器，包括进行了双折射补偿的双折射器件(例如通过串联或并联的两个双折射相位调制器实现)，或前面提到的其他偏振无关相位调制器。
对于第一迈克尔逊干涉仪和第二迈克尔逊干涉仪中的每个，插入的分偏振相差控制装置的两条子光路可以各插入一光纤移相器。在此情况下，可以通过这两条子光路上的两个光纤移相器对两路偏振子光脉冲进行相同的相位调制，由此实现相应直流相位调制器410或420的相位调制功能；即，可以省略该相应直流相位调制器。
对于第一迈克尔逊干涉仪和第二迈克尔逊干涉仪中的每个，可在其同一臂中插入分偏振相差控制装置和直流相位调制器，而上述工作过程不受影响。
直流相位调制器410调制90度相位而直流相位调制器420调制0度相位是可能的；在这种情况下，上述工作过程不受影响。
本发明另一优选实施例的一种分偏振相差控制的直流调制量子密钥分发相位解码装置如图5所示，包括以下组成部分：分束器503、光环形器504和514、保偏分束器505和515、偏振分束器506和516、保偏光纤移相器507和517、直流相位调制器510和520，以及反射镜508、509、511、518、519和521。
分束器503作为前置分束器，其一侧的两个端口501和502之一作为装置的输入端。
由光环形器504的第一端口A输入的光脉冲由光环形器504的第二端口B输出，由第二端口B输入的光脉冲由光环形器404的第三端口C输出。保偏分束器505、保偏分束器505与两个反射镜508和509之间的一个臂、保偏分束器505与反射镜511之间的另一臂以及反射镜508、509、511构成第一迈克尔逊干涉仪。偏振分束器506、两个反射镜508和509以及偏振分束器506与这两个反射镜之间的两条第一子光路总体可称为第一分偏振相差控制装置。第一分偏振相差控制装置和直流相位调制器510分别插入第一迈克尔逊干涉仪的两臂。保偏光纤移相器507插入第一分偏振相差控制装置的两条第一子光路中任一。输入光脉冲经第一迈克尔逊干涉仪解码后由端口513输出，或经光环形器504的端口B传输至端口C由端口512输出。为方便起见，第一迈克尔逊干涉仪的插入有第一分偏振相差控制装置的臂在下面亦称为第一臂，第一迈克尔逊干涉仪的插入有直流相位调制器510的臂在下面亦称为第三臂。
由光环形器514的第一端口D输入的光脉冲由光环形器514的第二端口E输出，由第二端口E输入的光脉冲由光环形器514的第三端口F输出。保偏分束器515、保偏分束器515与两个反射镜518和519之间的一个臂、保偏分束器515与反射镜521之间的另一臂以及反射镜518、519、521构成第二迈克尔逊干涉仪。偏振分束器516、两个反射镜518和519以及偏振分束器516与这两个反射镜之间的两条第二子光路总体可称为第二分偏振相差控制装置。第二分偏振相差控制装置和直流相位调制器520分别插入第二迈克尔逊干涉仪的两臂。保偏光纤移相器517插入第二分偏振相差控制装置的两条第二子光路中任一。输入光脉冲经第二迈克尔逊干涉仪解码后由端口523输出，或经光环形器514的端口E传输至端口F由端口522输出。为方便起见，第二迈克尔逊干涉仪的插入有第二分偏振相差控制装置的臂在下面亦称为第二臂，第二迈克尔逊干涉仪的插入有直流相位调制器520的臂在下面亦称为第四臂。
工作时，输入光脉冲经分束器503的端口501或502进入分束器503，并由分束器503分束成第一路光脉冲和第二路光脉冲进行传输。
第一路光脉冲输入光环形器504的端口A，经光环形器504的端口B输出至保偏分束器505，并由保偏分束器505分束为第一路子光脉冲和第三路子光脉冲。第一路子光脉冲由偏振分束器506偏振分束为两路偏振子光脉冲；这两路偏振子光脉冲分别经两条第一子光路分别传输至反射镜508和509并分别由反射镜508和509反射回偏振分束器506，并由偏振分束器506偏振合束为第一路子光脉冲沿第一臂传输至保偏分束器505。第三路子光脉冲经直流相位调制器510调制例如0度相位后传输至反射镜511并由反射镜511反射回保偏分束器505。反射回来的经相对延时的第一路子光脉冲和第三路子光脉冲经保偏分束器505合束后由端口513输出，或经光环形器504的端口B传输至端口C由端口512输出。在对第一路子光脉冲进行偏振分束至合束期间，可通过保偏光纤移相器507对经保偏光纤移相器507所在的子光路传输的偏振子光脉冲进行相位调整。
第二路光脉冲输入光环形器514的端口D，经光环形器504的端口E输出至保偏分束器515，并由保偏分束器515分束为第二路子光脉冲和第四路子光脉冲。第二路子光脉冲由偏振分束器516偏振分束为两路偏振子光脉冲；这两路偏振子光脉冲分别经两条第二子光路分别传输至反射镜518和519并分别由反射镜518和519反射回偏振分束器516，并由偏振分束器516偏振合束为第二路子光脉冲沿第二臂传输至保偏分束器515。第四路子光脉冲经直流相位调制器520调制例如90度相位后传输至反射镜521并由反射镜521反射回保偏分束器515。反射回来的经相对延时的第二路子光脉冲和第四路子光脉冲经保偏分束器515合束后由端口523输出，或经光环形器514的端口E传输至端口F由端口522输出。在对第二路子光脉冲进行偏振分束至合束期间，可通过保偏光纤移相器517对经保偏光纤移相器517所在的子光路传输的偏振子光脉冲进行相位调整。
直流相位调制器510和520可以各为偏振无关相位调制器，包括进行了双折射补偿的双折射器件(例如通过串联或并联的两个双折射相位调制器实现)，或前面提到的其他偏振无关相位调制器。
对于第一迈克尔逊干涉仪和第二迈克尔逊干涉仪中的每个，插入的分偏振相差控制装置的两条子光路可以各插入一光纤移相器。在此情况下，可以通过这两条子光路上的两个光纤移相器对两路偏振子光脉冲进行相同的相位调制，由此实现相应直流相位调制器510或520的相位调制功能；即，可以省略该相应直流相位调制器。
对于第一迈克尔逊干涉仪和第二迈克尔逊干涉仪中的每个，可在其同一臂中插入分偏振相差控制装置和直流相位调制器，而上述工作过程不受影响。
直流相位调制器510调制90度相位而直流相位调制器520调制0度相位是可能的；在这种情况下，上述工作过程不受影响。
本发明的相位解码装置，如图3、图4或图5中示出的相位解码装置，其每个干涉仪的两臂及所述两臂上的光器件被构造成使得，入射至该干涉仪的光脉冲的两个正交偏振态各自在该干涉仪中经这两臂传输的相位差相差2π的整数倍。另外，对在所述两臂中至少之一上传输的光脉冲进行偏振分集处理，由此分偏振控制入射光脉冲的两个正交偏振态的传输相位，使得易于实现上述相位差之差。
本文中，术语“分束器”和“合束器”可互换使用，分束器亦可称为和用作合束器，反之亦然。术语“偏振分束器”和“偏振合束器”可互换使用，偏振分束器亦可称为和用作偏振合束器，反之亦然。
可以在量子密钥分发系统的接收端配置本发明的分偏振相差控制的直流调制量子密钥分发相位解码装置，用于相位解码。另外，也可以在量子密钥分发系统的发射端配置本发明的分偏振相差控制的直流调制量子密钥分发相位解码装置，用于相位编码。
通过具体实施方式的说明，应当可对本发明为达成预定目的所采取的技术手段及功效有更加深入且具体的了解，然而所附图示仅是提供参考与说明之用，并非用来对本发明加以限制。

Claims (16)

1.一种分偏振相差控制的直流调制量子密钥分发相位解码方法，其特征在于，所述方法包括：
将入射的任意偏振态的一路输入光脉冲分束为第一路光脉冲和第二路光脉冲；以及
分别对所述第一路光脉冲和第二路光脉冲按照量子密钥分发协议进行相位解码，
其中，分别对所述第一路光脉冲和第二路光脉冲按照量子密钥分发协议进行相位解码包括：
对于所述第一路光脉冲和第二路光脉冲中的每一路光脉冲，
将该路光脉冲入射到包括分束器和合束器的干涉仪，以由所述分束器将该路光脉冲分束为第一路子光脉冲和第二路子光脉冲；以及
分别沿所述干涉仪的第一臂和第二臂传输所述第一路子光脉冲和第二路子光脉冲，并将所述第一路子光脉冲和第二路子光脉冲进行相对延时后由所述合束器合束输出；
其中，对于至少沿所述第一臂传输的所述第一路子光脉冲：将该第一路子光脉冲偏振分束为偏振态相互正交的两路偏振子光脉冲，沿两条子光路传输所述两路偏振子光脉冲，然后将所述两路偏振子光脉冲合束为所述第一路子光脉冲沿所述第一臂传输至所述合束器，
其中，控制该路光脉冲的两个正交偏振态各自在所述干涉仪中经所述第一臂和第二臂传输的相位差相差2π的整数倍，
其中，在分别对所述第一路光脉冲和第二路光脉冲按照量子密钥分发协议进行相位解码的过程中：
在所述分束器分束至所述合束器合束的过程中，对所述第一路光脉冲分束得到的第一路子光脉冲和第二路子光脉冲中的至少一路子光脉冲按照量子密钥分发协议进行直流相位调制，和/或对所述第二路光脉冲分束得到的第一路子光脉冲和第二路子光脉冲中的至少一路子光脉冲按照量子密钥分发协议进行直流相位调制。
2.根据权利要求1所述的分偏振相差控制的直流调制量子密钥分发相位解码方法，其特征在于，对于所述第一路光脉冲和第二路光脉冲中的每一路光脉冲：
该路光脉冲入射到其中的干涉仪的所述第一臂和第二臂包括对于该路光脉冲的两个正交偏振态存在双折射的光路，和/或所述第一臂和第二臂上具有对于该路光脉冲的两个正交偏振态存在双折射的光器件，其中控制该路光脉冲的两个正交偏振态各自在所述干涉仪中经所述第一臂和第二臂传输的相位差相差2π的整数倍包括：
分别保持这两个正交偏振态各自在所述干涉仪中沿所述第一臂和第二臂传输时偏振态不变；以及
调整存在双折射的光路的长度和/或存在双折射的光器件的双折射大小，使得这两个正交偏振态各自在所述干涉仪中经所述第一臂和第二臂传输的相位差相差2π的整数倍。
3.根据权利要求1或2所述的分偏振相差控制的直流调制量子密钥分发相位解码方法，其特征在于，将所述第一臂和第二臂配置为保偏光纤光路，将所述第一臂和第二臂上的光器件配置为非双折射光器件和/或偏振保持光器件。
4.根据权利要求2所述的分偏振相差控制的直流调制量子密钥分发相位解码方法，其特征在于，在所述第一臂和第二臂中的至少一个臂上配置保偏光纤拉伸器和/或双折射相位调制器，其中通过所述保偏光纤拉伸器和/或所述双折射相位调制器调整所述两个正交偏振态各自在所述干涉仪中经所述第一臂和第二臂传输的相位差之差。
5.根据权利要求1所述的分偏振相差控制的直流调制量子密钥分发相位解码方法，其特征在于，在所述分束器分束至所述合束器合束的过程中，对所述第一路光脉冲和第二路光脉冲中的每一路光脉冲分束得到的第一路子光脉冲和第二路子光脉冲中的至少一路子光脉冲按照量子密钥分发协议进行直流相位调制，其中对所述第一路光脉冲和第二路光脉冲中的每一路光脉冲分束得到的第一路子光脉冲和第二路子光脉冲中的至少一路子光脉冲按照量子密钥分发协议进行直流相位调制包括：
在偏振分束之前或在对所述两路偏振子光脉冲进行合束之后对该路光脉冲分束得到的所述第一路子光脉冲进行直流相位调制，或者在偏振分束至对所述两路偏振子光脉冲进行合束的过程中对所述两路偏振子光脉冲进行相同的相位调制，其中所述至少一路子光脉冲包括该路光脉冲分束得到的所述第一路子光脉冲；和/或
在所述分束器分束至所述合束器合束的过程中对该路光脉冲分束得到的所述第二路子光脉冲进行直流相位调制，其中所述至少一路子光脉冲包括该路光脉冲分束得到的所述第二路子光脉冲。
6.根据权利要求1所述的分偏振相差控制的直流调制量子密钥分发相位解码方法，其特征在于，在沿所述两条子光路传输所述两路偏振子光脉冲期间对所述两路偏振子光脉冲中至少之一进行相位控制。
7.根据权利要求6所述的分偏振相差控制的直流调制量子密钥分发相位解码方法，其特征在于，对所述两路偏振子光脉冲中至少之一进行相位控制包括：
调整所述两路偏振子光脉冲中的一路偏振子光脉冲的相位。
8.一种分偏振相差控制的直流调制量子密钥分发相位解码装置，其特征在于，所述相位解码装置包括：
前置分束器，用于将入射的任意偏振态的一路输入光脉冲分束为第一路光脉冲和第二路光脉冲；
与所述前置分束器光耦合的第一干涉仪，用于对所述第一路光脉冲进行相位解码；以及，
与所述前置分束器光耦合的第二干涉仪，用于对所述第二路光脉冲进行相位解码，
所述第一干涉仪包括第一分束器、第一合束器以及与所述第一分束器光耦合并与所述第一合束器光耦合的第一臂和第三臂，其中
所述第一分束器用于将所述第一路光脉冲分束为第一路子光脉冲和第三路子光脉冲；
所述第一臂和第三臂用于分别传输所述第一路子光脉冲和第三路子光脉冲，并用于实现所述第一路子光脉冲和第三路子光脉冲的相对延时；
所述第一合束器用于将经相对延时的所述第一路子光脉冲和第三路子光脉冲合束输出；
其中所述第一臂和第三臂中，至少所述第一臂上设置有第一分偏振相差控制装置，所述第一分偏振相差控制装置包括第一偏振分束器、第三合束器以及与所述第一偏振分束器光耦合并与所述第三合束器光耦合的两条第一子光路，
所述第一偏振分束器用于将所述第一路子光脉冲偏振分束为偏振态相互正交的两路第一偏振子光脉冲；
所述两条第一子光路用于分别传输所述两路第一偏振子光脉冲；
所述第三合束器用于将经所述两条第一子光路传输来的所述两路第一偏振子光脉冲合束为所述第一路子光脉冲沿所述第一臂传输至所述第一合束器，
其中所述第一臂和第三臂及其上的光器件被构造成使得，所述第一路光脉冲的两个正交偏振态各自在所述第一干涉仪中经所述第一臂和第三臂传输的相位差相差2π的整数倍，
所述第二干涉仪包括第二分束器、第二合束器以及与所述第二分束器光耦合并与所述第二合束器光耦合的第二臂和第四臂，其中
所述第二分束器用于将所述第二路光脉冲分束为第二路子光脉冲和第四路子光脉冲；
所述第二臂和第四臂用于分别传输所述第二路子光脉冲和第四路子光脉冲，并用于实现所述第二路子光脉冲和第四路子光脉冲的相对延时；
所述第二合束器用于将经相对延时的所述第二路子光脉冲和第四路子光脉冲合束输出；
其中所述第二臂和第四臂中，至少所述第二臂上设置有第二分偏振相差控制装置，所述第二分偏振相差控制装置包括第二偏振分束器、第四合束器以及与所述第二偏振分束器光耦合并与所述第四合束器光耦合的两条第二子光路，
所述第二偏振分束器用于将所述第二路子光脉冲偏振分束为偏振态相互正交的两路第二偏振子光脉冲；
所述两条第二子光路用于分别传输所述两路第二偏振子光脉冲；
所述第四合束器用于将经所述两条第二子光路传输来的所述两路第二偏振子光脉冲合束为所述第二路子光脉冲沿所述第二臂传输至所述第二合束器，
其中所述第二臂和第四臂及其上的光器件被构造成使得，所述第二路光脉冲的两个正交偏振态各自在所述第二干涉仪中经所述第二臂和第四臂传输的相位差相差2π的整数倍，
其中所述第一干涉仪具有位于所述第一臂和第三臂中至少之一上的直流相位调制器，和/或所述第二干涉仪具有位于所述第二臂和第四臂中至少之一上的直流相位调制器，所述直流相位调制器用于对经其所在的光路传输的子光脉冲按照量子密钥分发协议进行直流相位调制。
9.根据权利要求8所述的分偏振相差控制的直流调制量子密钥分发相位解码装置，其特征在于，
所述第一臂和第三臂为保偏光纤光路，所述第一臂和第三臂上的光器件为偏振保持光器件和/或非双折射光器件；和/或
所述第二臂和第四臂为保偏光纤光路，所述第二臂和第四臂上的光器件为偏振保持光器件和/或非双折射光器件。
10.根据权利要求8所述的分偏振相差控制的直流调制量子密钥分发相位解码装置，其特征在于，所述相位解码装置还包括：
位于所述第一臂和第三臂中的任一臂上的第一保偏光纤拉伸器，和/或位于所述第一臂和第三臂中的任一臂上的第一双折射相位调制器，所述第一保偏光纤拉伸器用于调节其所在的臂的保偏光纤长度，所述第一双折射相位调制器用于对通过其的光脉冲的两个正交偏振态施加不同的可调的相位调制；和/或
位于所述第二臂和第四臂中的任一臂上的第二保偏光纤拉伸器，和/或位于所述第二臂和第四臂中的任一臂上的第二双折射相位调制器，所述第二保偏光纤拉伸器用于调节其所在的臂的保偏光纤长度，所述第二双折射相位调制器用于对通过其的光脉冲的两个正交偏振态施加不同的可调的相位调制。
11.根据权利要求8所述的分偏振相差控制的直流调制量子密钥分发相位解码装置，其特征在于，所述第一干涉仪具有位于所述第一臂和第三臂中至少之一上的直流相位调制器，所述第二干涉仪具有位于所述第二臂和第四臂中至少之一上的直流相位调制器，其中
所述第一干涉仪具有的直流相位调制器包括：
位于所述第三臂上的直流相位调制器，用于在所述第一分束器分束至所述第一合束器合束的过程中对所述第三路子光脉冲进行直流相位调制；和/或
在所述第一偏振分束器之前设置在所述第一臂上、用于在偏振分束之前对所述第一路子光脉冲进行直流相位调制的直流相位调制器，或在所述第三合束器之后设置在所述第一臂上、用于在对所述两路第一偏振子光脉冲进行合束之后对所述第一路子光脉冲进行直流相位调制的直流相位调制器，或分别位于所述两条第一子光路上、用于在偏振分束至对所述两路第一偏振子光脉冲进行合束的过程中对所述两路第一偏振子光脉冲进行相同的直流相位调制的两个直流相位调制器，并且其中
所述第二干涉仪具有的直流相位调制器包括：
位于所述第四臂上的直流相位调制器，用于在所述第二分束器分束至所述第二合束器合束的过程中对所述第四路子光脉冲进行直流相位调制；和/或
在所述第二偏振分束器之前设置在所述第二臂上、用于在偏振分束之前对所述第二路子光脉冲进行直流相位调制的直流相位调制器，或在所述第四合束器之后设置在所述第二臂上、用于在对所述两路第二偏振子光脉冲进行合束之后对所述第二路子光脉冲进行直流相位调制的直流相位调制器，或分别位于所述两条第二子光路上、用于在偏振分束至对所述两路第二偏振子光脉冲进行合束的过程中对所述两路第二偏振子光脉冲进行相同的直流相位调制的两个直流相位调制器。
12.根据权利要求8所述的分偏振相差控制的直流调制量子密钥分发相位解码装置，其特征在于，
所述两条第一子光路中的至少一条子光路上设置有第一光纤移相器或相位调制器，所述第一光纤移相器或相位调制器用于调整经其所在的第一子光路传输的偏振子光脉冲的相位；和/或
所述两条第二子光路中的至少一条子光路上设置有第二光纤移相器或相位调制器，所述第二光纤移相器或相位调制器用于调整经其所在的第二子光路传输的偏振子光脉冲的相位。
13.根据权利要求8所述的分偏振相差控制的直流调制量子密钥分发相位解码装置，其特征在于，
所述第一干涉仪采用不等臂马赫-曾德尔干涉仪的结构；或者
所述第一干涉仪采用不等臂迈克尔逊干涉仪的结构，所述第一合束器和第一分束器为同一器件，所述第一干涉仪还包括：位于所述第一臂上的第一反射镜，用于将来自所述第一分束器的经所述第一臂传输来的所述第一路子光脉冲反射回所述第一合束器；位于所述第三臂上的第三反射镜，用于将来自所述第一分束器的经所述第三臂传输来的所述第三路子光脉冲反射回所述第一合束器，
和/或
所述第二干涉仪采用不等臂马赫-曾德尔干涉仪的结构；或者
所述第二干涉仪采用不等臂迈克尔逊干涉仪的结构，所述第二合束器和第二分束器为同一器件，所述第二干涉仪还包括：位于所述第二臂上的第二反射镜，用于将来自所述第二分束器的经所述第二臂传输来的所述第二路子光脉冲反射回所述第二合束器；位于所述第四臂上的第四反射镜，用于将来自所述第二分束器的经所述第四臂传输来的所述第四路子光脉冲反射回所述第二合束器。
14.根据权利要求8或13所述的分偏振相差控制的直流调制量子密钥分发相位解码装置，其特征在于，
所述第一分偏振相差控制装置采用马赫-曾德尔光路的结构；或者
所述第一分偏振相差控制装置采用迈克尔逊光路的结构，所述第一偏振分束器和第三合束器为同一器件，所述第一分偏振相差控制装置还包括两个反射镜，其中所述两个反射镜中的一个位于所述两条第一子光路中的一条第一子光路上，用于将来自所述第一偏振分束器的经所述一条第一子光路传输来的第一偏振子光脉冲反射回所述第三合束器；所述两个反射镜中的另一个位于所述两条第一子光路中的另一条第一子光路上，用于将来自所述第一偏振分束器的经所述另一条第一子光路传输来的第一偏振子光脉冲反射回所述第三合束器，其中所述第一干涉仪采用不等臂迈克尔逊干涉仪的结构，所述两个反射镜之一为所述第一反射镜；
和/或
所述第二分偏振相差控制装置采用马赫-曾德尔光路的结构；或者
所述第二分偏振相差控制装置采用迈克尔逊光路的结构，所述第二偏振分束器和第四合束器为同一器件，所述第二分偏振相差控制装置还包括另两个反射镜，其中所述另两个反射镜中的一个位于所述两条第二子光路中的一条第二子光路上，用于将来自所述第二偏振分束器的经所述一条第二子光路传输来的第二偏振子光脉冲反射回所述第四合束器；所述另两个反射镜中的另一个位于所述两条第二子光路中的另一条第二子光路上，用于将来自所述第二偏振分束器的经所述另一条第二子光路传输来的第二偏振子光脉冲反射回所述第四合束器，其中所述第二干涉仪采用不等臂迈克尔逊干涉仪的结构，所述另两个反射镜之一为所述第二反射镜。
15.根据权利要求8～13中任一项所述的分偏振相差控制的直流调制量子密钥分发相位解码装置，其特征在于，所述第三合束器为保偏耦合器或偏振合束器，所述第四合束器为保偏耦合器或偏振合束器。
16.一种量子密钥分发系统，包括：
根据权利要求8～15中任一项所述的分偏振相差控制的直流调制量子密钥分发相位解码装置，其设置在所述量子密钥分发系统的接收端，用于相位解码；和/或
根据权利要求8～15中任一项所述的分偏振相差控制的直流调制量子密钥分发相位解码装置，其设置在所述量子密钥分发系统的发射端，用于相位编码。
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