CN113632414A - 量子密钥分发中的光注入锁定 - Google Patents

Abstract

提供了一种用于量子密钥分发系统的接收器，该接收器接收包括第一信号和第二信号的光信号。该第一信号被注入到激光器中，该激光器在该接收器处作为本地振荡器操作。该第二信号是承载量子密钥数据的量子信号，并且基于由注入激光器提供的本地振荡器进行相干检测。

Description

量子密钥分发中的光注入锁定

技术领域

本发明的实施例涉及量子密钥分发(QKD)领域。

背景技术

QKD是一种使得两个远程合法方能够以考虑量子力学定律、防止在所使用的通信信道上窃听的方式建立公共(或共享)秘密密钥的技术。

具体来说，共享秘密密钥是合法双方都知道而其他任何人都不知道的一条信息。由于共享秘密(密钥)仅为合法方所知，因此它在密码术中起着关键作用，并且具有诸如安全通信(例如，消息的加密、解密和消息认证)的多个应用。

在光学数据通信中，窃听者(通常称为Eve)可以例如通过分离和检测承载光的信息的一部分来获取关于从发送方发射到接收方(通常分别称为Alice和Bob)的信号(例如，密钥)的信息。

在非QKD系统中，两个远程方之间密钥交换的安全性通常基于非对称加密，这依赖于某些数学问题(例如，Diffie-Hellman密钥交换或Rivest-Shamir-Adleman公钥密码系统)的计算复杂性。然而，一旦足够强大的(量子)计算机可用，或者已经取得数学进展(例如，更高效的算法)，这种密钥分发方法就可能变得不安全。更糟糕的是，如果密钥交换已经被窃听者记录，则已经使用利用这些方法分发的密钥加密的所有数据可被追溯地破坏。

另一方面，在QKD中，密钥分发的安全性由量子力学定律保证，这允许推导出海森堡测不准原理和不可克隆定理。测不准原理指出，某些变量不能以任意精度同时已知，这意味着测量一个变量会破坏其它变量的信息。因此，当Eve对发射的信号执行测量时，她不可避免地会由于引入传输误差而留下痕迹。不可克隆定理表明不可能对未知量子态例如以光学模式编码的随机信号(或其部分)进行完美复制。因此，也不可能通过对完美拷贝进行测量来规避测不准原理。

因此，简而言之，窃听者监视发送方和接收方之间的通信的存在不可避免地会留下痕迹，该痕迹可以通过观察传输误差或者等效地传输信道中的噪声来检测。在QKD中，这是通过基于所观察的噪声计算任何窃听者可访问的信息的上限来利用的。如果该上限足够小，则可以从发送方和接收方之间共享的信息中提取共享秘密密钥。在一定条件下，这种共享秘密密钥提取可以被证明是信息论安全的。

QKD系统可以分为离散变量QKD(DV QKD)系统和连续变量QKD(CV QKD)系统。在DVQKD系统中，从中提取共享秘密密钥的信息被编码成离散变量，该离散变量通常是理想地单光子的偏振/自旋自由度，如同例如BB84协议中那样。然而，单光子源和检测器是昂贵的并且难以小型化。另一方面，在CV QKD系统中，从中提取共享秘密密钥的信息被编码成连续变量。相应地，CV QKD协议通常基于光的相干或压缩态的发射，其中，所述信息以发射光/电磁场的正交(相位和振幅)连续编码。因此，在接收器处，可以通过使用强本地振荡器(LO)的相干检测(例如，零差、内差或外差检测)来测量接收信号。由于这些原因，CV QKD更兼容当前电信系统中使用的标准部件和设备，并且甚至可以同时使用同一光纤用于QKD和经典信号发射。

发明内容

从上述方法开始，本公开的目的是进一步提高QKD系统的性能，例如，通过促进发射器激光器和接收器激光器的精确对准。

前述和其它目的通过独立权利要求的主题来实现。根据从属权利要求、说明书和附图，进一步有利的实现是显而易见的。

本申请的实施例提供了根据独立权利要求的用于接收信号的装置和方法。

特别地，根据第一方面，本发明涉及一种用于接收第一光信号和第二光信号的量子密钥分发接收装置。该装置包括：激光器，该激光器适于被光学注入第一光信号并且由此生成第三光信号；以及检测器，该检测器用于使用第三光信号作为本地振荡器对第二光信号执行相干检测。

通过使用OIL在物理层面上实现相位和频率补偿，接收器激光器可以继承发射器激光器的特性。因此，使用OIL可以允许用光锁定代替快速数字反馈/补偿。因此，在QKD接收器中使用OIL可以使得能够消除或至少大幅减少频率反馈和相位补偿环路。因此，可以消除或至少显著地减少DSP中用于频率和相位补偿的数字系统的必要性，该数字系统是计算量相当大的DSP处理。特别地，它使得能够在系统操作期间减少/消除计算密集型数字信号处理元件。因此，相位/频率补偿误差也可以减少/消除。此外，由于使用OIL可以降低/放松接收器端激光器的物理要求，因此可以至少对接收器端启用低质量(差的/便宜的)激光器的使用，从而可能进一步降低CV-QKD的实现成本和部件要求。特别地，可以消除/减少激光器快速频率稳定的必要性(可能仍然只需要稳定性的热控制)。此外，使用OIL可以实现传输速率的可扩展性和最大利用，以例如充分利用(整个)Rx检测器带宽。此外，它可以允许为量子信号选择具有最低噪声和最高ENOB(有效位数)的频带，以及在双偏振检测设置中消除偏振跟踪。

有利地，该装置还包括偏振控制器，该偏振控制器用于根据反馈控制第一光信号的偏振，以匹配激光器的腔偏振。这种装置还可以包括用于基于相干检测的结果将反馈提供到偏振控制器的电路。

控制第一光信号的偏振以匹配激光器的腔偏振可以促进光注入锁定。

在第一方面的一些实现中，该装置用于在不同的光纤中接收第一光信号和第二光信号。

如在经典通信中使用双光纤配置可以允许使用现有的部署的基础设施。

在其中装置包括偏振控制器的第一方面的一些实现中，在同一光纤中以相同的偏振接收第一光信号和第二光信号。在这些实现中，该装置还可以包括分束器，该分束器用于在偏振控制器已经控制了第一光信号和第二光信号的偏振之后，分离第一光信号和第二光信号。

在同一光纤中发射/接收数据信号(第一光信号)和注入信号(第二光信号)在QKD系统中可能比在使用OIL的经典系统中更有利。特别地，由于数据信号(量子信号/第一信号)以低于单光子/脉冲功率密度被发射/接收，所以可能基本上使用整个频带(例如，不会由于使用OIL/发射导频音而降低频谱效率)。换句话说，在使用OIL的QKD系统中，可能支持经典和量子信号之间几乎任意小或非常大的频率，这使QKD系统与经典实现有很大区别。

有利地，分束器然后用于根据第一光信号与第二光信号的预定强度比分离第一光信号和第二光信号。

在其中装置包括偏振控制器的第一方面的其它实现中，在具有相互正交的偏振的同一光纤中接收第一光信号和第二光信号。在这样的实现中，偏振控制器还可以用于根据反馈将第二光信号的偏振控制为与激光器的腔偏振正交的偏振。此外，该装置可以包括偏振分束器，该偏振分束器用于在偏振控制器已经控制了第一光信号和第二光信号的偏振之后，分离第一光信号和第二光信号，并且用于改变第二光信号的偏振以与第一光信号的偏振相对应。

将光信号分离成其两个正交的偏振分量可以用偏振分束器来实现，其中该偏振分束器是标准的光部件。这种实现因此可以进一步降低接收器端的实现/部件成本。

根据第一方面的一些实现，在同一光纤中以相同的偏振接收第一光信号和第二光信号。在这些实现中，该装置还可以包括：分束器，该分束器用于根据第一光信号与第二光信号的预定强度比分离第一光信号和第二光信号；以及偏振投射仪，该偏振投射仪用于投射第一光信号的偏振以匹配激光器的腔偏振。

使用偏振投射单元可以消除在接收器处使用偏振控制器的需要，该偏振控制器需要来自DSP的反馈。因此，可以用偏振投射单元来代替偏振控制反馈环路，这可以进一步降低接收器端的成本/要求或者可以提高系统性能。

在第一方面的任何上述示例性实现中，量子密钥分发系统可以是使用相干态光的连续变量量子密钥分发系统，该光包括在光信号中。

根据第二方面，本发明涉及一种用于接收第一光信号和第二光信号的方法。该方法用于量子密钥分发，并且包括以下步骤：将第一光信号光学注入激光器，并且由此生成第三光信号。该方法还包括以下步骤：使用第三光信号作为本地振荡器来对第二光信号执行相干检测。

通过使用OIL在物理层面上实现相位和频率补偿，接收器激光器可以继承发射器激光器的特性。因此，使用OIL可以允许用光锁定代替快速数字反馈/补偿。因此，在QKD接收器中使用OIL可以使得能够消除或至少大幅减少频率反馈和相位补偿环路。因此，可以消除或至少显著地减少DSP中用于频率和相位补偿的数字系统的必要性，该数字系统是计算量相当大的DSP处理。特别地，它使得能够在系统操作期间减少/消除计算密集型数字信号处理元件。因此，相位/频率补偿误差也可以减少/消除。此外，由于使用OIL可以降低/放松接收器端激光器的物理要求，因此可以至少对接收器端启用低质量(差的/便宜的)激光器的使用，从而可能进一步降低CV-QKD的实现成本和部件要求。特别地，可以消除/减少激光器快速频率稳定的必要性(可能仍然只需要稳定性的热控制)。此外，使用OIL可以实现传输速率的可扩展性和最大利用，以例如充分利用(整个)Rx检测器带宽。此外，它可以允许为量子信号选择具有最低噪声和最高ENOB(有效位数)的频带，以及在双偏振检测设置中消除偏振跟踪。

有利地，该方法还包括以下步骤：根据反馈控制第一光信号的偏振以匹配激光器的腔偏振；以及基于相干检测的结果提供反馈。

控制第一光信号的偏振以匹配激光器的腔偏振可以促进光注入锁定。

在第二方面的一些实现中，该方法还包括以下步骤：在不同的光纤中接收第一光信号和第二光信号。

如在经典通信中使用双光纤配置可以允许使用现有的部署的基础设施。

在第二方面的一些实现中，其中，该方法包括控制第一光信号的偏振的步骤，该方法还包括以下步骤：在同一光纤中接收具有相同偏振的第一光信号和第二光信号；以及在控制第一光信号和第二光信号的偏振之后，分离第一光信号和第二光信号。

在同一光纤中发射/接收数据信号(第一光信号)和注入信号(第二光信号)在QKD系统中可能比在使用OIL的经典系统中更有利。特别地，由于数据信号(量子信号/第一信号)以低于单光子/符号功率密度被发射/接收，所以可能基本上使用整个频带(例如，不会由于使用OIL/发射导频音而降低频谱效率)。换句话说，在使用OIL的QKD系统中，可能支持经典和量子信号之间几乎任意小或非常大的频率，这使QKD系统与经典实现有很大区别。

有利地，然后根据第一光信号与第二光信号的预定强度比分离第一光信号和第二光信号。

在第二方面的其它实现中，其中，该方法包括控制第一光信号的偏振的步骤，该方法还包括以下步骤：在具有相互正交的偏振的同一光纤中接收第一光信号和第二光信号。在这样的实现中，该方法还可以包括以下步骤：根据反馈将第二光信号的偏振控制为与激光器的腔偏振正交的偏振；在控制第一光信号和第二光信号的偏振之后，分离第一光信号和第二光信号，并且在控制第一光信号和第二光信号的偏振之后，改变第二光信号的偏振以与第一光信号的偏振相对应。

将光信号分离成其两个正交的偏振分量可以用偏振分束器来实现，其中该偏振分束器是标准的光部件。这种实现因此可以进一步降低接收器端的实现/部件成本。

根据第二方面的一些实现，该方法还包括以下步骤：在同一光纤中接收具有相同偏振的第一光信号和第二光信号；根据第一光信号与第二光信号的预定强度比分离第一光信号和第二光信号；以及投射第一光信号的偏振以匹配激光器的腔偏振。

使用偏振投射单元可以消除在接收器处使用偏振控制器的需要，该偏振控制器需要来自DSP的反馈。因此，可以用偏振投射单元来代替偏振控制反馈环路，这可以进一步降低接收器端的成本/要求或者可以提高系统性能。

在第二方面的任何上述示例性实现中，该方法可以用于使用包括在光信号中的相干态光的连续变量量子密钥分发。

附图说明

在下文中，参考附图更详细地描述本发明的实施例，在附图中：

图1是图示光注入锁定原理的框图；

图2是图示自由运行激光器和光学注入的激光器的频率噪声对频率的曲线图；

图3是图示激光器的锁定带宽对光发射率的曲线图；

图4是示出用于在不同光纤中接收第一光信号和第二光信号的示例性接收设备的框图；

图5是示出用于在同一光纤中接收具有相同偏振的第一光信号和第二光信号的示例性接收设备的框图，该光纤需要用于偏振控制的反馈；

图6是示出用于在同一光纤中接收具有不同偏振的第一光信号和第二光信号的示例性接收设备的框图；以及

图7是示出用于在同一光纤中接收具有相同偏振的第一光信号和第二光信号的示例性接收设备的框图，该接收设备不需要用于偏振控制的反馈。

在下文中，相同的附图标记表示相同或至少功能等同的特征。

具体实施方式

在以下描述中，参考了形成本公开的一部分并且通过图示的方式示出了本发明实施例的特定方面或者可以使用本发明实施例的特定方面的附图。应理解，本发明的实施例可以用于其它方面，并且包括附图中未描绘的结构或逻辑变化。因此，下面的详细描述不是限制性的，并且本发明的范围由所附权利要求限定。

例如，应理解，与所描述的方法有关的公开内容对于被配置为执行该方法的对应设备或系统也是适用的，反之亦然。例如，如果描述了一个或多个特定的方法步骤，对应的设备可以包括例如功能单元的一个或多个单元，以执行所描述的一个或多个方法步骤(例如，一个单元执行一个或多个步骤，或者多个单元各自执行多个步骤中的一个或多个)，即使这一个或多个单元没有在图中明确描述或图示。另一方面，例如，如果基于例如功能单元的一个或多个单元来描述特定装置，则对应的方法可以包括执行一个或多个单元的功能的一个步骤(例如，执行一个或多个单元的功能的一个步骤，或者各自执行多个单元中的一个或多个的功能的多个步骤)，即使这一个或多个步骤没有在图中明确描述或图示。此外，应理解，除非另外特别指出，否则本文中描述的各种示例性实施例和/或方面的特征可以彼此组合。此外应注意，通常，为了完整描述，所有数值都是示例。

如上所述，在连续变量量子密钥分发(CV-QKD)协议中，对接收的量子信号执行相干检测。量子信号是包含密钥信息的信号，即，承载原始密钥数据，然后根据特定的QKD协议在发射器和接收器处从原始密钥数据中获得密钥数据。然而，相干检测需要所谓的本地振荡器(LO)作为相位/频率参考。然而，在本地振荡器在接收器处本地生成(例如，通过位于接收器处的激光器)的CV-QKD系统中，接收器端激光器通常不与发射器端已经用于生成量子信号的激光器同步。因此，这种CV-QKD系统通常依赖于从发射器/Bob发射到接收器/Alice的附加信号(同步脉冲或导频音)作为相位和频率参考，以达到稳定性目的(数字地)。然后这些附加信号被用于数字信号处理(DSP)中以补偿不同步的激光器。

在一些CV-QKD系统中，导频和CV-QKD信号具有相同的偏振。这表示一种相对简单的设置(优点)，然而，它主要集中在DSP上并且有两个反馈环路(缺点)。

在其它CV-QKD系统中，使用偏振分集方案，其中导频音具有与量子信号不同的偏振和不同的频率。这表示一种相当复杂/低效且损耗更大的设置。特别地，这种设置需要无速率增益的偏振复用，以及不同类型的检测器和偏振跟踪。

在大多数具有频率复用导频音和信号的CV-QKD系统中，通常相同的检测器用于导频音和量子信号。然而，导频音不包含任何信息，并且仅用于频率和相位恢复。因此，由于导频音占据了检测带宽的一部分，所以带宽占用效率降低。此外，这些设置还需要相对快速的反馈环路来稳定检测器带宽内的差拍信号。

通常，使用参考脉冲的现有(导频辅助)CV-QKD系统使用从发射器发射到接收器的参考脉冲进行损伤估计，并且具有若干缺点。例如，根据发送该脉冲的自由度(偏振、频率、时间或这些的组合)，它们需要附加的综合判别和附加的检测设备来支持DSP中的频率和相位补偿。在当前系统中，这通常是通过使用与量子信号相同的设备并同时发射和测量已知的经典信号来实现的。在两个信号都被采样之后，经典信号被用于量子信号的频率和相位补偿方案。这种方法有额外的系统要求：使用低线宽和高稳定性的激光器，并且在接收器端，需要更高带宽和/或大动态范围的ADC。此外，相位补偿和反馈频率稳定需要计算密集型DSP。这使得实现不可扩展，并且需要大量资源。

因此，根据实施例，提供了一种用于接收第一光信号和第二光信号的量子密钥分发接收装置。该装置包括：激光器，该激光器适于被光学注入第一光信号并且由此生成第三光信号；以及检测器，该检测器用于使用第三光信号作为本地振荡器对第二光信号执行相干检测。

通常，第一光信号可以被称为参考信号(或者，可替代地，导频音/信号)，第二光信号可以被称为QKD信号(或者，可替代地，量子信号)，第三光信号可以被称为本地振荡器。应该注意，这些术语仅指接收器如何处理和/或使用这些信号，即这些术语是指接收器处可用的信号。也就是说，第一光信号是指被光学注入接收器端激光器中的信号(因此，也被称为注入光信号)；第二光信号是指由接收器对其执行相干检测的光信号，并且第三光信号是指由接收器端激光器发射并由接收器的用于相干检测的相干检测器用作本地振荡器的光信号。然而，这意味着第一光信号可能不完全与由发射器发送的导频音(发射器导频音)相对应。同样，被表示为QKD信号的第二光信号可能不完全与由发射器发射的量子信号(发射器量子信号)相对应。特别地，第一光信号还可以包含发射器量子信号的一部分，即可以包含含有关键信息的光信号的一部分。同样，第二光信号也可能包含一部分发射器导频音。一方面，这可能是由例如传输信道(波导)和/或接收器部件的缺陷引起的。

通常，光注入锁定(OIL)可用于将生成用于对量子信号执行相干检测的光信号的接收器端激光器与用于生成所述量子信号的发射器端激光器对准。更具体地，通过将包含发射器导频音的一部分的光信号(即，具有上述第一光信号)(光学地)注入接收器端激光器，该接收器端激光器可以被锁定到发射器导频音。OIL是一种在满足光学模式匹配要求的情况下能够实现两个激光器的同步的已知的物理过程。更具体地，通常被称为从激光器的两个激光器中的一个激光器被光学注入由通常被称为主激光器的另一个激光器生成的光信号。以这种方式，从激光器(经受OIL)被相位和频率锁定到主信号(或者，换句话说，被锁定到主激光器)。

通常，CV-QKD系统(例如，接收器)可以使用来自发射器的发射光信号(例如，导频信号)的一部分来经由OIL光学锁定接收器激光器。更具体地，接收器可以使用发射器导频音的一部分来相位和频率锁定本地振荡器，并且因此减少/消除相位和频率控制的快速反馈机制(电的或数字信号处理中的)的必要性。

以这种方式，可以提供一种通过OIL实现激光器稳定性的改进的导频辅助CV-QKD系统。在这样的系统中，除了量子信号之外，发射器还准备共同传播到接收器的经典(例如，具有相对较大的光功率)光信号(被称为发射器导频音)。在接收器端，经典信号(或其一部分)被馈送到OIL的从激光器腔。因此，在OIL成功时，接收器激光器输出将被频率和相位锁定到发射器激光器。执行CV-QKD的剩余步骤与标准QKD系统相同，或者可以被大大简化。

OIL的一般原理在图1中图示，图1示出了用于获得图2和图3所示结果的测试设置。特别地，图1示出了主激光器100以及偏振控制器120和功率计130，该主激光器生成模拟光波导上的传输的光信号通过衰减器110。功率计130可以用于测量从主激光器100接收的光信号的功率。最后，由主激光器100生成的光信号经由光环行器140光学注入从激光器150。如图1中的箭头所指示，光环行器140具有三个光端口。特别地，输入到光环行器140的“左”端口的光信号在光环行器140的“上”端口处作为输出信号输出，而输入到光环行器140的“上”端口的光信号在光环行器140的“右”端口处输出。通过向从激光器150注入由主激光器100生成的信号，从激光器150继承了主激光器100的特性。更具体地，通过利用OIL的过程，可以在两个光源之间(在本示例中，在主激光器100与从激光器150之间)建立稳定的频率和相位关系。由从激光器150生成的光信号通过环行器140和功率计160，该功率计可用于测量要由检测器170检测/测量的该光信号的光功率。

通过使用OIL在物理层面上实现相位和频率补偿，接收器激光器可以继承发射器激光器的特性，并且因此将被相位和频率锁定。OIL的这些益处可以在图2中观察到。特别地，图2示出了在自由运行和OIL下的典型激光器的频率噪声。如可以进一步看到的，经受OIL处理的Rx激光器模仿发射(Tx)激光器的特性，提高了自由运行操作的性能。应注意，频率和相位噪声之间存在固定的关系。

如上所述，使用OIL可以允许用光锁定代替快速数字反馈/补偿。因此，在QKD接收器中使用OIL可以消除或至少大幅减少频率反馈和相位补偿环路。因此，可以消除或显著地减少DSP中用于频率和相位补偿的数字系统的必要性，该数字系统是计算量相当大的DSP处理。特别地，它使得能够在系统操作期间减少/消除计算密集型数字信号处理元件。因此，相位/频率补偿误差也可以减少/消除。此外，由于使用OIL可以降低/放松接收器端的激光器物理要求，因此可以至少对接收器端启用低质量(差的/便宜的)激光器的使用，从而可能进一步降低CV-QKD的实现成本和部件要求。特别地，可以消除/减少激光器快速频率稳定的必要性(可能仍然只需要稳定性的热控制)。此外，使用OIL可以实现传输速率的可扩展性和最大利用，以例如充分利用(整个)Rx检测器带宽。此外，它可以允许为量子信号选择具有最低噪声和最高ENOB(有效位数)的频带，以及在双偏振检测设置中消除偏振跟踪。

通常，通过具有到光环行器(例如，允许输入和输出之间的空间划分的设备)的简单光纤连接，接收器激光器可以适于被光学注入第一光信号。例如，如图1所示，光环行器140可以具有三个光端口(输入/输出)，其中一个(例如，第一个)用作第一光信号的输入。第一光信号然后可以通过第二光端口(输入/输出)离开光环行器140，第二光端口可以经由例如简单的光纤连接到接收器激光器150。由接收器激光器150生成的第三光信号然后通过第二部分(输入/输出)进入光环行器140，并且通过第三端口离开光环行器140。

通常，当使用OIL时，可以选择注入从激光器的光信号来满足某些光模式匹配要求(波长相似性、注入光功率与从激光器发射之间的光功率比率、入射光的偏振对准)。所有这些都将由系统(发射器和/或接收器)进行对准。

特别地，首先，注入光信号的光功率可以在从激光器的注入功率范围内选择(通常，注入光信号的功率低于从激光器的发射功率)。该注入功率范围取决于所使用的激光器，但通常比受控(从)激光器的发射功率低30-40dB(文献报告已经显示值低至-65dB)。例如，可以通过调整导频音上的光功率量来调整注入光信号的光功率。这可以例如使用光衰减器在接收器端或发射器端完成。

其次，注入光信号可能在某个带宽内，即所谓的锁定带宽，这是给定光功率下OIL可能出现的频率范围。换句话说，锁定带宽通常取决于注入信号的光功率。此外，可以选择发射器和接收器激光器在锁定带宽内自然发射。对于给定的激光器，通常可以将锁定带宽确定为高达几千兆赫(GHz)，并且因此，该值足够高以实现激光器的独立热稳定并消除信号处理反馈。通常，激光器的温度(进而将决定激光器腔的变化)将决定频率漂移。预计如果激光器温度稳定，则发射频率中心也稳定。实际上，温度稳定单元具有确定一些激光频率漂移(10s MHz)的一些漂移范围。因此，几千兆赫(GHz)的锁定范围比激光器的温度容限引起的频率漂移高得多。例如，通过将发射器激光器和接收器激光器对准以具有类似的发射频率，例如通过温度调谐，可以将注入光信号调整到接收器激光器的锁定带宽(或反之亦然)。低质量激光器的所述锁定带宽的典型值如图3所示。

第三，注入模式(注入光信号)可以匹配某一偏振，即所谓的激光器腔偏振(或腔偏振，它是由激光器发射的(单)线偏振)。应注意，腔偏振也是由注入的激光器发射的光的偏振。

因此，根据一些实施例，该装置还包括：偏振控制器，该偏振控制器用于根据反馈控制第一光信号的偏振以匹配激光器的腔偏振；以及电路，该电路用于基于相干检测的结果将反馈提供到偏振控制器。

根据实施例，该装置用于在不同的光纤中接收第一光信号和第二光信号。

通常，在一些实施例中，可以采用经典通信中的双光纤配置。表示当前部署的大多数光学系统的这种配置可能允许使用现有的部署的基础设施。更具体地，可以在不同的(例如，两根)光纤中发射和/或接收第一光信号和第二信号。在这种情况下，第一光信号和第二光信号，或者等效地，导频音和量子信号，可以处于相同的频率或不同的频率(例如，以相同的频率或不同的频率的接收)。同样，第二光信号中的第一光信号可以具有相同的偏振或不同的偏振。

下面使用图4作为参考给出根据本实施例的发射器和接收器的示例性描述。特别地，图4示出了在发射器端生成光信号的激光器400，该光信号被分成两个光信号，即发射器参考信号(发射器导频音)和发射器QKD信号(发射器量子信号)。两个光信号中的每一个然后被馈送到光调制器410中。这种光调制器410可以对相应的光信号执行强度调制和/或相位调制和/或频率调制和/或衰减。在两个光信号已经被相应地调制之后，发射器QKD信号和发射器参考信号中的每一个然后被馈送到不同的光纤420中。

在接收器端，在不同的(分离的)光纤中接收(例如，在不同的光输入处)第一光信号和第二光信号。在光纤420中的一个中接收的光信号(有利地，参考信号在该光纤420中被接收)被馈送到偏振控制器430中。偏振控制器430补偿参考信号的偏振漂移(接收的参考信号相对于发射器参考信号的偏振漂移/差异)，并且将参考信号(第一光信号)对准激光器腔模式(接收器激光器450的腔偏振)。

在与接收器激光器450的腔偏振对准之后，第一光信号经由光环行器140注入接收器激光器450。接收器激光器450然后可以锁定到第一光信号上，并且生成遵循第一光信号的频率/相位漂移(并因此遵循发射器激光器的相位/频率漂移)的第三光信号。接收器(Rx)激光器450(例如，由激光器450生成的第三光信号)然后被用作散粒噪声受限的双偏振平衡检测器460的本地振荡器。激光器450与散粒噪声受限的双偏振平衡检测器460之间的光部件(例如，光纤和环行器140)应该保持偏振稳定性。激光器450可以包括用于选择测量正交的相位调制部分(集成到激光器或外部)。

QKD/第二光信号被馈送到双偏振平衡检测器460，该QKD/第二光信号是在与第一光信号不同的另一光纤(在另一光输入处)中接收的光信号。双偏振平衡检测器460使用第三光信号作为本地振荡器对第二光信号执行相干检测。更具体地，双偏振平衡检测器460对第二信号(QKD信号)的两个(例如，正交)偏振执行平衡检测。这种双偏振平衡检测器460可以被实现为例如偏振分束器，该偏振分束器将第二输入信号分成两个正交偏振态(SOP)，然后每个偏振态被引入(不同的/单独的)散粒噪声受限的平衡检测器。

根据数字信号处理链470(例如，由诸如数字信号处理器、DSP的电路或由另一硬件和/或软件来执行)，偏振控制器430需要慢反馈环路。应注意，由于不同的传输信道(分离的光纤420)，两个信号(QKD和参考)可能遭受稍微不同的相演变，然而，这可以在DSP中补偿。

根据本实施例，在不同的光纤中接收第一光信号和第二光信号。然而，本发明不限于此，因为根据其它实施例，可以在同一光纤(经由该光纤发射)中接收第一光信号和第二光信号。

根据一些实施例，在同一光纤中以相同偏振接收第一光信号和第二光信号；并且该装置还包括分束器，该分束器用于在偏振控制器已经控制了第一光信号和第二光信号的偏振之后，分离第一光信号和第二光信号。

在这一点上，关于第一光信号和第二光信号的(频率或时间)复用，应注意，第一光信号和第二光信号(或发射器导频音和发射器量子信号)通常可以在不需要保护频带的情况下同时被发射/接收，即，在两个信号的频带之间没有不用于任何传输的频带(这适用于所有实施例)。这是由于发射器量子信号通常太弱(Pdume＜Ppilot)以致于当注入到接收器激光器中时没有影响。也就是说，发射器量子信号的功率通常不在接收器激光器的注入功率范围内。更具体地，即使被注入接收器激光器中的第一光信号包含发射器量子信号(如所接收的)的一部分，接收器激光器也将锁定到对应于发射器导频音(的一部分)的第一光信号的更强的(经典)分量/部分上，并且即使发射器量子信号的所述部分在接收器激光器的锁定带宽内，也不锁定到发射器量子信号的所述部分上。

这种支持经典和量子信号之间几乎任意小或非常大的频率的能力使该系统与经典实现有很大区别。这使得OIL在QKD系统中特别有利，因为与经典实现相比，基本上仍然可以使用整个频带(例如，不会由于使用OIL/发射导频音而降低频谱效率)。

根据一些实施例，分束器用于根据第一光信号与第二光信号的预定强度比分离第一光信号和第二光信号。

通常，当第一光信号和第二光信号在相同传输介质(诸如同一光纤)中被接收时，它们可以在接收器处被分离。这可以使用分束器来完成。更具体地，由接收器接收的光信号(在单根光纤中/在接收器的单个光输入处)包括第一光信号和第二光信号。该接收的光信号可以被馈送到具有一个输入和两个输出的分束器中。分束器可以是无源部件，该无源部件将进入输入的光信号(输入信号)分成两个光信号，每个光信号在其输出(输出信号)中的一个处离开分束器(BS)。BS可以根据预定义/预定强度比(在无源BS的情况下，该强度比可以是BS的固定属性)将输入信号分成两个信号(两个输出信号)。更具体地，该强度比可以是两个输出信号的强度之比η/(1-η)。通常，输入信号的η％(例如，输入信号的强度)可以在第一输出处离开BS，并且输入信号的(1-η)％(例如，输入信号的强度)可以在第二输出处离开BS(分离是相对于BS的光输出在强度上完成的)。例如，90％的输入信号在一个输出处离开BS，并且10％的输入信号在另一个输出处离开BS。

应注意，接收的光信号(接收器输入信号)承载发射器参考信号和发射器QKD信号。例如，使用以上示例性数字，90％的发射器参考信号以及90％的发射器QKD信号可以在其输出中的一个输出处离开BS，并且10％的发射器参考信号以及10％的发射器QKD信号可以在另一个输出处离开BS。

换句话说，强度BS不会将发射器参考信号与发射器QKD信号(由接收器接收)分离。BS将第一光信号(被注入接收器激光器中的信号)与第二光信号(相干检测在其上执行的信号)分离。因此，分束器将用于激光注入的信号(第一信号)与用于量子密钥推导的QKD信号(第二信号)分离。

还应注意，根据本实施例，发射器导频信号可以以不同的频率(与发射器量子信号不同)发射，与发射器量子信号共偏振(例如，具有与发射器量子信号相同的偏振)，并且沿着与发射器量子信号相同的信道发送。这也是标准发射器在最先进的CV QKD系统中的操作方式。然而，本实施例不限于此。例如，发射器导频信号可以以与发射器量子信号相同的频率/在相同的频带内发射，这可以允许提高频谱效率。通常，导频信号和量子信号也可以以不同的偏振发射和/或接收。

如上所述，为了使第一光信号的偏振与接收器激光器的腔偏振相匹配，第一光信号被馈送到偏振控制器中。在第一光信号和第二光信号被BS彼此分离之前第一光信号被馈送到所述偏振控制器的情况下，偏振控制器还可以根据反馈控制第二光信号的偏振以匹配激光器的腔偏振。换句话说，包括第一光信号和第二光信号的(单个)接收的光信号可以(首先)被馈送/输入到偏振控制器，该偏振控制器将接收的光信号与接收器激光器的腔偏振对准。偏振控制器因此可以将第一光信号和第二光信号与接收器激光器的腔偏振对准。在经过偏振控制器之后，对准的接收的光信号然后可以被馈送到BS，BS将第一光信号与第二光信号分离(根据某个强度比)。

下面使用图5作为参考给出根据本实施例的发射器和接收器的示例性描述。

特别地，图5在发射器端(在图5中表示为Alice/发射器)处示出了激光器500。该激光器500可以是连续波激光器500。然后，连续波激光器500的输出可以使用强度和相位调制器410(在图中表示为Mod)在振幅和相位上进行调制。

两个或更多个信号在相同偏振上生成，并且至少包括发射器QKD信号fQKD和经典参考信号fc(即，发射器导频音)。通常，导频音是经典参考信号，其振幅比QKD信号高得多。然后，由激光器500生成的光信号被调制器510调制(相位/频率调制)。衰减器(图5中未示出)可以进一步用于将QKD信号降低到发射器输出处所需的光子通量。以这种方式，在发射器处，生成包括发射器导频信号以及发射器量子信号的光信号。在图5中还绘出了根据本示例的发射器的输出处的、针对最少两个信号(经典参考信号(fc)和量子QKD信号(fQKD))的示例性频谱，以供参考。

这两个信号(发射器导频信号和发射器量子信号)然后通过传输信道520(例如光纤)传播，直到到达Bob/接收器。

在接收器/Bob处，接收的光信号(例如，在输入处)首先被馈送到偏振控制器530，该偏振控制器补偿在从Alice到Bob的传输中可能光信号已经接收的偏振变化。偏振控制器530使用基于由平衡检测器560执行的相干检测的结果的反馈，将接收的光信号的偏振与接收器激光器550的腔偏振对准。由于在分离之前接收的光信号承载第一光信号以及第二光信号，所以光控制器530可以将第一光信号和第二光信号与激光器550的腔偏振对准(例如，同时，即通过相同操作)。

通常，用于偏振反馈环路的信号(例如，用于偏振控制器的反馈)可以从DSP获得，并且具有慢速度要求(在一些情况下，该要求被完全去除)。应注意，DSP使用相干检测的结果作为输入/反馈。还应注意，接收器处的光部件在这里可以仅由与激光器腔偏振对准的偏振保持分量组成。

在本示例中，对准的接收的光信号然后被馈送/输入到对传入信号的振幅进行分离/划分的BS 540。更具体地，BS 540根据强度比η/(1-η)将对准的接收的光信号分离成两个光信号，并且在其两个输出中的每一个输出处，将通过分离对准的接收的光信号而获得的两个光信号中的一个(一个具有强度η，另一个具有强度1-η)输出。分束器可以是如图5所示的光耦合器。光耦合器可以是固定耦合器(具有固定比率)或可变(可控)耦合器。

应注意，接收器输入处的BS比η/(1-η)的选择对系统性能有决定性作用。这是由于分束器的输出信号中的一个被接收器用作量子信号。也就是说，对分束器的输出信号中的一个进行相干检测。然而，量子信号经历的任何损耗(例如由于强度分束器引起的η％功率损耗)不能被补偿，并且因此应该被保持在最小，以便最小化密钥速率的降低。

因此，从量子信号路径的角度来看，BS应该偏置朝向具有较大值(1–η)％的量子/第二信号，以减少损耗并提高密钥速率。然而，由于互补性，BS的与第一光信号相对应的另一个输出端口将仅传输光功率的η％，这将仍然必须满足导频音中的光功率的最低要求，以便OIL发生。在最新的技术申请中，OIL的最小光功率被证明低至–65dBm。因此，通常可以假设注入光功率与从激光器发射功率之间的比值为–40dB时可以获得OIL。假设接收器中的本地振荡器功率为0dBm，则系统的功率预算用数学方法描述为，

Ppilot–Llink–Lη≥–40dBm，

其中，Ppilot是发射器处的导频光功率，单位为dBm，Llink表示传输信道的损耗——通常最大值约为100km或20dB，并且Lη表示由于分束器造成的损耗，单位为dB。因此，对于20dB的典型最大传输链路损耗，公式为：

Ppilot–Lη≥–20dBm

Ppilot的上限由在非线性效应发生之前光纤中的发射器能够发射的最大功率给出。通常，这是在几dBm的范围内。因此，可以想象，η％比率可以在(1％至10％)之间的任何位置，以实现Ppilot在20dB至10dB之间的损耗。这些数字的变化可以通过考虑更低的传输距离来实现，这将需要更低的传输Ppilot或更高的Lη。

这里应注意，通常，接收的光信号的一小部分用于光学注入从激光器550。当然，η应当足够大以获得具有在激光器550的注入功率范围内的光功率/强度的第一光信号。同时，η不应被选择为接近一，以减少量子路径上的损耗。

在本示例中，(对准的接收的光信号的)η％部分用于光注入锁定Bob激光器550(换句话说，它被注入到接收器激光器550中)，并且因此对应于第一光信号。相反，对准的接收的光信号的(1-η)％部分对应于第二光信号。

可以看出，在离开BS 540之后，第一光信号首先进入光环行器140。第一光信号通过(光)连接到接收器激光器550的光环行器140的端口离开光环行器140。第一光信号因此被注入接收器激光器550。假定满足OIL要求(例如，在接收器端对于fc有足够大的振幅以实现锁定)，接收器激光器550输出(第三光信号)在相位和频率方面模拟光信号fc(并且因此模拟由收发器激光器500生成的光信号)行为，尽管具有高得多的光功率。换句话说，光学注入的从激光器550将继承主激光器500的频率和相位特性。这里，再次注意，QKD信号的存在由于其可忽略的(量子)光功率而不影响OIL，并且QKD信号不再出现在接收器激光发射中(也如图5所示)。

光学注入的从激光器550被用作本地振荡器LO，并且在平衡检测器560处与量子信号(第二光信号)混合。

更具体地，平衡检测器560使用Bob激光器550的输出(第三光信号)作为本地振荡器，并且将其与第二光信号混合(以便检测/测量它)。然后，由ADC对平衡检测器560的输出进行采样，接着是正常的CV-QKD数字信号处理步骤570。

偏振控制器530与平衡检测器560之间的光部件(例如，光纤、BS 540和环行器140)应该保持偏振稳定性。激光器550可以包括用于为平衡检测器560选择测量正交的相位调制部分(集成在激光器中或外部)。

应注意，在本实施例中，仍然需要激光器的偏振控制和慢热控制。然而，由于慢热稳定是激光器的共同特征，偏振控制所需的反馈可能是唯一需要的反馈。

此外，应该注意，根据本实施例的接收器可以用作干涉仪，其稳定性应该被补偿或保持。不稳定性可能由发生在相对大的时间尺度上的温度波动决定，并且因此补偿系统很容易实现。从这种实现预期的另一特性是强DC分量的存在。可以对该强DC分量进行滤波，以考虑LO和信号路径(fc)上的信号分量(fc)的存在。

根据本实施例，可以在同一光纤中以相同偏振接收第一光信号和第二光信号。然而，本发明不限于此。

根据一些实施例，在具有相互正交的偏振的同一光纤中接收第一光信号和第二光信号；偏振控制器还用于根据反馈将第二光信号的偏振控制为与激光器的腔偏振正交的偏振；并且该装置还包括偏振分束器，该偏振分束器用于在偏振控制器已经控制了第一光信号和第二光信号的偏振之后，分离第一光信号和第二光信号，并且用于改变第二光信号的偏振以与第一光信号的偏振相对应。

通常，可以在同一光纤上以正交偏振发射参考信号和QKD信号(严格来说，发射器以正交偏振发射发射器参考信号和发射器量子信号)，如图6所示，下面将对该图进行进一步参考。

如图6所示，在发射器端，这可以使用双偏振调制器610来实现，以在正交偏振上编码发射器参考和发射器QKD信号(为了简单起见，这里表示为H和V)。然后，光信号通过信道620(例如，光纤)传播，直到到达接收器。

在接收器/Bob处，所接收的接收光信号(例如，在输入处)首先被馈送到偏振控制器(Pol Ctrl)630，该偏振控制器补偿在从Alice到Bob的传输中光信号可能已经接收的偏振变化，并且可以使用基于由平衡检测器660执行的相干检测的结果的反馈，将接收的光信号的偏振(例如，发射器参考信号的偏振和发射器量子信号的偏振，这两者都由接收器接收)调整/对准到偏振分束器600(PBS 600)的偏振。简而言之，由偏振控制器630将发射器参考信号(第一光信号)与从激光器650的模腔对准；并且发射器量子信号(第二光信号)被调整到与从激光器650的模腔正交的偏振。偏振控制器的反馈信号基于减少在数字信号处理670中的平衡检测器660之后检测到的任何DC分量。

有利地，PBS 600的偏振中的一个(如下所述)与接收器激光器650的腔偏振相对应。因此，有利地，偏振控制器630可以将接收的参考信号(在光信号中接收到的)的偏振对准/调整到BS 600的偏振，该偏振与接收器激光器650的腔偏振相对应。相反，偏振控制器630可以将发射器量子信号(由接收器接收)的偏振对准/调整到PBS 600的相应的另一个偏振。偏振控制器630可以同时这样做，因为接收的光信号包括发射器参考信号以及发射器量子信号。

应注意，通常，当偏振控制器被称为控制特定信号的偏振以与特定偏振相对应时，这意味着偏振控制器将特定信号的偏振调节到该特定偏振。

更具体地，PBS 600可以具有一个输入(端口)和两个输出(端口)，并且可以将输入到其输入中的信号(此后称为输入信号)分成在其输出处输出的两个信号(此后称为输出信号)。这两个输出信号可以与输入信号的两个正交(偏振)分量相对应。这两个正交偏振在这里被称为PBS 600的偏振。PBS 600还可以(例如，在PBS 600是一侧具有反射介电涂层的玻璃板的情况下)对正交偏振分量中的一个给出180°的相位偏移。因此，两个输出信号可能具有相同偏振。

例如，参考图6，激光器650的腔偏振可以是H偏振。偏振控制器630然后可以将第一光信号调整为H偏振，并且将第二光信号调整为V偏振。因此，在进入PBS 600之前，QKD信号可以最初对准V偏振，然后(当离开PBS 600时)对准H偏振。这可以在平衡检测器660处实现第一光信号和第三光信号的最大干涉。

偏振控制器630与平衡检测器660之间的光部件(例如，光纤、PBS 600和环行器140)应该保持偏振稳定性。激光器650可以包括用于为平衡检测器660选择测量正交的相位调制部分(集成到激光器或外部)。

应注意，在本示例中，第一光信号可以与由接收器接收的发射器参考信号相对应，并且第二光信号可以与由接收器接收的发射器量子信号相对应。

根据一些实施例，在同一光纤中以相同偏振接收第一光信号和第二光信号，还包括：分束器，该分束器用于根据第一光信号与第二光信号的预定强度比分离第一光信号和第二光信号；以及偏振投射仪，该偏振投射仪用于投射第一光信号的偏振以匹配激光器的腔偏振。

在一些实现中，接收器处的偏振控制器可以由偏振投射单元代替。例如，图4中的偏振控制器430可以由偏振投射单元代替。这种偏振控制器或偏振态(SOP)投射设置将入射光至少部分地投射到期望的偏振(例如，接收器激光器的腔偏振)。换句话说，不再需要图6所示的需要来自DSP的反馈的(通常的)偏振控制器，并且偏振控制反馈环路由偏振投射态代替。

这样的设置在图7中图示。可以看出，发射器可以是在同一光纤720中发射参考信号和导频信号的标准的CV-QKD发射器，例如图5所示的发射器。然而，SOP投射设置不限于此，并且还可以用于双光纤实现中，如图4所示。

还应注意，在本实现中，第一光信号和第二光可以由发射器以相同偏振发送。然而，本实现不限于此，并且第一光信号和第二光信号可以以不同的偏振(例如，以相互正交的偏振)发送和/或接收。

可以看出，在接收器处，接收的信号被立即馈送到强度分束器710中，该强度分束器的工作方式类似于参考图5描述的强度分束器550。特别地，分束器710将传入信号分成两个输出信号。如图所示，通常，分束器710可以以比率η/(1-η)划分(忽略分束器710中的功率损耗)发射器导频信号和发射器量子信号。应注意，强度分束器710不将发射器导频信号与发射器量子信号分开。

分束器710的输出中的一个被用作信号输入，并且被直接馈送到看起来类似于双偏振平衡检测器460的双偏振平衡检测器760。分束器710的另一个输出(通常是较小的输出信号)被导向偏振态投射(SOP)单元700，其输出用于接收器激光器750的光注入。

该SOP单元700确保对于任何随机偏振输入，在输出处都存在光，并且因此可用于给从激光器750的OIL。偏振投射不需要反馈，可以由偏振保持光纤制成，并且可以如下工作：首先，PBS 725将入射光分成其分量部分(在图7中表示为H和V)，并且在其中一个端口的输出处，偏振状态被旋转以匹配另一个端口(在图7中，由从V到H的小箭头指示)。因此，PBS725可以类似于上述PBS 600工作。

在输出中的一个上，还插入了相位调制器730(在图7中表示为Ph Mod)。因此，PBS725的输出信号中的一个输出信号受到相位调制。偏振分束器725的两条输出路径耦合到50:50偏振保持分束器745。更具体地，在偏振分束器725的输出信号中的一个经过相位调制器730之后，它与偏振分束器725的另一个输出相结合。

SOP单元700类似于干涉仪，其中根据两条路径之间的相位差，两个输出是互补的。输出中仅一个输出用于通过环行器将投射光发射到激光器腔。相位调制器730的作用是在相对较低的频率(例如正弦波>100kHz)下调制两臂之间的相位差，以避免干涉仪输出处的长期相消干涉。信号发生器740用电信号驱动相位调制器730，该电信号应该有助于最小2π相位摆动。干涉仪将把相位调制器730引入的相位调制转换成光强度调制，然而，光强度调制被OIL减小。这种影响可以在DSP 770中消除。换句话说，与调制器510类似的相位调制器730是调制与施加的电压成比例的通过光的相位的设备。信号发生器740(Sig Gen)为此提供电压。电压振幅应足够大，以促进最小2pi相位摆动。

BS 710(例如光纤、SOP投射700和环行器140)与双偏振散粒噪声受限的平衡检测器760()之间的光部件应该保持偏振稳定性。激光器550可以包括用于为双偏振散粒噪声平衡检测器760选择测量正交的相位调制部分(集成到激光器或外部)。

如上所述，OIL从激光器(即，第三光信号)被用作LO，并且在双Pol平衡检测器处与第二光信号混合，以对第二光信号执行相干检测。

应注意，SOP投射设置也可用于测试QKD安全目的的LO OIL。

根据一些实施例，量子密钥分发系统是使用相干态光的连续变量量子密钥分发系统；并且光信号包括光。

根据一些实施例，提供了一种用于接收第一光信号和第二光信号的方法。该方法用于量子密钥分发，并且包括以下步骤：用第一光信号光学注入激光器，并且由此生成第三光信号；以及使用第三光信号作为本地振荡器对第二光信号执行相干检测。

根据一些实施例，该方法还包括以下步骤：根据反馈控制第一光信号的偏振以匹配激光器的腔偏振；以及基于相干检测的结果提供反馈。

根据一些实施例，该方法还包括以下步骤：在不同的光纤中接收第一光信号和第二光信号。

根据一些实施例，该方法还包括以下步骤：在同一光纤中接收具有相同偏振的第一光信号和第二光信号；以及在控制第一光信号和第二光信号的偏振之后，分离第一光信号和第二光信号。

根据一些实施例，根据第一光信号与第二光信号的预定强度比分离第一光信号和第二光信号。

根据一些实施例，该方法还包括以下步骤：在具有相互正交偏振的同一光纤中接收第一光信号和第二光信号；根据反馈将第二光信号的偏振控制为与激光器的腔偏振正交的偏振；以及在控制第一光信号和第二光信号的偏振之后，分离第一光信号和第二光信号，并且在控制第一光信号和第二光信号的偏振之后，改变第二光信号的偏振以与第一光信号的偏振相对应。

根据一些实施例，该方法还包括以下步骤：在同一光纤中接收具有相同偏振的第一光信号和第二光信号；根据第一光信号与第二光信号的预定强度比分离第一光信号和第二光信号；以及投射第一光信号的偏振以匹配激光器的腔偏振。

变型

该实施例的变型可以包括以下中的一个或其组合：

为了便于OIL，Rx端的激光器可能没有输入隔离器。

可以使用两个大线宽激光器(便宜且易于制造)，一个在Tx端，一个在Rx端；可替代地，可以在Tx端使用小线宽激光器，在Rx端使用大线宽激光器。

LO上的相位调制可用于某些CV-QKD协议。为此，Rx端的激光器可以是能够对输出进行相位调制的激光器(例如，增益开关激光器，在该增益开关激光器上在引脚上施加电压偏置会导致相位偏移)。可替代地，可以使用外部模块应用相变。

应注意，操作原理与激光波长无关。

平衡检测器是指相干检测类设备，例如可以包括(但不限于)平衡检测器、90°混合检测器、双偏振平衡检测器或双偏振90°混合检测器。换句话说，任何所描述的实施例中的平衡检测器可以是相干检测类设备中的任何检测器(特别地，执行某种形式的相干检测和/或使用本地振荡器进行检测的任何设备)。

即使在同一光纤中发送，导频信号和量子信号之间的频率差也可以任意小。

作为对双光纤设置的进一步修改，根据所选择的调制方案，参考信号端的调制器可以用简单的衰减器代替。

通过使用频率选择部件在发射器端复用信号，并在接收器端解复用参考和QKD信号，双光纤配置也可以很容易地与承载经典通信的现有双光纤基础设施相结合。

此外，在复用的情况下，可以使用不同于传统通信波段的波长。

此外，偏振控制器的反馈环路可以用基于PBS的物理反馈环路代替。

Claims (15)

1.一种用于接收第一光信号和第二光信号的量子密钥分发接收装置，所述装置包括：

激光器(450、550、650、750)，所述激光器适于被光学注入第一光信号，并由此生成第三光信号；以及

检测器(460、560、660、760)，所述检测器用于使用所述第三光信号作为本地振荡器来对所述第二光信号执行相干检测。

2.根据权利要求1所述的装置，还包括：

偏振控制器(430、530、630)，所述偏振控制器用于根据反馈控制所述第一光信号的偏振以匹配所述激光器(450、550、650)的腔偏振；以及

电路(470、570、670)，所述电路用于基于所述相干检测的结果将所述反馈提供到所述偏振控制器(430、530、630)。

3.根据权利要求1或2所述的装置，其中，

所述装置用于在不同的光纤中接收所述第一光信号和所述第二光信号(420)。

4.根据权利要求2所述的装置，其中，

在同一光纤中以相同偏振接收所述第一光信号和所述第二光信号(520)；

并且所述装置还包括：

分束器(540)，所述分束器用于在所述偏振控制器(430、530、630)已经控制了所述第一光信号和所述第二光信号的所述偏振之后，分离所述第一光信号和所述第二光信号。

5.根据权利要求4所述的装置，其中，

所述分束器(540)用于根据所述第一光信号与所述第二光信号的预定强度比分离所述第一光信号和所述第二光信号。

6.根据权利要求2所述的装置，其中，

在具有相互正交的偏振的同一光纤(620)中接收所述第一光信号和所述第二光信号；

所述偏振控制器(630)还用于根据所述反馈将所述第二光信号的所述偏振控制为与所述激光器(650)的所述腔偏振正交的偏振；并且

所述装置还包括偏振分束器(600)，

所述偏振分束器用于在所述偏振控制器(630)已经控制了所述第一光信号和所述第二光信号的所述偏振之后，分离所述第一光信号和所述第二光信号，以及

用于改变所述第二光信号的所述偏振以与所述第一光信号的所述偏振相对应。

7.根据权利要求1所述的装置，其中，

在同一光纤(720)中以相同偏振接收所述第一光信号和所述第二光信号，所述装置还包括：

分束器(710)，所述分束器用于根据所述第一光信号与所述第二光信号的预定强度比分离所述第一光信号和所述第二光信号；以及

偏振投射仪(700)，所述偏振投射仪用于投射所述第一光信号的所述偏振以匹配所述激光器(750)的腔偏振。

8.根据权利要求1至7中任一项所述的装置，其中，

所述量子密钥分发系统是使用相干态光的连续变量量子密钥分发系统；并且

所述光信号包括所述光。

9.一种用于接收第一光信号和第二光信号的方法，所述方法用于量子密钥分发，并且包括以下步骤：

用所述第一光信号光学注入激光器(450、550、650、750)，从而生成第三光信号；以及

使用所述第三光信号作为本地振荡器来对所述第二光信号执行相干检测。

10.根据权利要求9所述的方法，还包括以下步骤：

根据反馈控制所述第一光信号的偏振以匹配所述激光器(430、530、630)的腔偏振；以及

基于所述相干检测的结果，提供所述反馈。

11.根据权利要求9或10所述的方法，还包括以下步骤：

在不同的光纤中接收所述第一光信号和所述第二光信号(420)。

12.根据权利要求10所述的方法，还包括以下步骤：

在同一光纤中接收具有相同偏振的所述第一光信号和所述第二光信号(520)；以及

在控制所述第一光信号和所述第二光信号的所述偏振之后，分离所述第一光信号和所述第二光信号。

13.根据权利要求12所述的方法，其中，

根据所述第一光信号与所述第二光信号的预定强度比分离所述第一光信号和所述第二光信号。

14.根据权利要求10所述的方法，还包括以下步骤：

在具有相互正交的偏振的同一光纤(620)中接收所述第一光信号和所述第二光信号；

根据所述反馈将所述第二光信号的所述偏振控制为与所述激光器的所述腔偏振正交的偏振(650)；以及

在控制所述第一光信号和所述第二光信号的所述偏振之后，分离所述第一光信号和所述第二光信号，并且

在控制所述第一光信号和所述第二光信号的所述偏振之后，改变所述第二光信号的所述偏振以与所述第一光信号的所述偏振相对应。

15.根据权利要求9所述的方法，还包括以下步骤：

在同一光纤中接收具有相同偏振的所述第一光信号和所述第二光信号(720)；

根据所述第一光信号与所述第二光信号的预定强度比分离所述第一光信号和所述第二光信号；以及

投射所述第一光信号的所述偏振以匹配所述激光器的腔偏振(750)。

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