CN114338011A - 一种信号处理装置、方法、设备及存储介质 - Google Patents
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Abstract
本申请公开了一种信号处理装置、方法、设备及存储介质，本申请的方案包括一种信号处理装置，所述装置包括：调制模块和补偿模块；所述调制模块，用于调制发射机的待发送光信号，并将所述待发送光信号发送至所述补偿模块；所述补偿模块，用于接收所述调整模块发送的所述待发送光信号；并基于目标补偿相位调整所述待发送光信号，得到调整后光信号；所述补偿模块，还用于将所述调整后光信号发送至接收机。本申请的方案通过在发射机侧部署信号处理装置，实现多发对一收的网络传输，扩大了发射机的网络应用场景，并降低了硬件成本。
Description
技术领域
本申请涉及信号处理技术领域，涉及但不限于信号处理装置、方法、设备及存储介质。
背景技术
量子密钥分发(Quantum key Distribution，QKD)是一种利用量子物理原理，在通信双方之间的信道里传输和建立保密的对称随机数的技术。该技术可以和现有的对称式密钥加密设备结合，实现量子保密通信。
在QKD系统中，相关技术只能实现一对一(即一发一收)的单独链路通信。具体的，为了接收(Bob)端能准确区分出发送(Alice)端发送的量子态，一般需要在Bob端进行偏振补偿，所以，一个Bob端只能接收一个Alice端发送的信号。
将QKD系统应用于复杂的网络(树状网络)时，若通过一对一的方式通信，则效率较低。
发明内容
本申请提供一种信号处理方法及装置、设备、存储介质，本申请的方案通过在发射机侧部署信号处理装置，实现多发对一收的网络传输，扩大了发射机的网络应用场景，并降低了硬件成本。
本申请的技术方案是这样实现的：
本申请提供了一种信号处理装置，所述装置包括：
所述装置部署于发射机侧，所述装置包括：调制模块和补偿模块；
所述调制模块，用于调制所述发射机的待发送光信号，并将所述待发送光信号发送至所述补偿模块；
所述补偿模块，用于接收所述调整模块发送的所述待发送光信号；并基于目标补偿相位调整所述待发送光信号，得到调整后光信号；
所述补偿模块，还用于将所述调整后光信号发送至接收机。
本申请提供了一种信号处理方法，所述方法应用于发射机侧，所述方法包括：
调制所述发射机的待发送光信号；
获得目标补偿相位；
基于所述目标补偿相位调整所述待发送光信号，得到调整后的光信号；
将所述调整后的光信号发送至接收机。
本申请还提供了一种电子设备，包括：存储器和处理器，所述存储器存储有可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现上述信号处理方法。
本申请还提供了一种存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现上述信号处理方法。
本申请所提供的信号处理装置、方法、设备及存储介质，包括：调制模块和补偿模块；所述调制模块，用于调制发射机的待发送光信号，并将所述待发送光信号发送至所述补偿模块；所述补偿模块，用于接收所述调整模块发送的所述待发送光信号；并基于目标补偿相位调整所述待发送光信号，得到调整后光信号；所述补偿模块，还用于将所述调整后光信号发送至接收机。本申请的方案通过在发射机侧部署信号处理装置，通过信号处理装置的补偿模块对待发送光信号进行预补偿，从而实现接收机侧接收到光信号后，不用进行相位补偿，从而实现多发对一收的网络传输，扩大了发射机的网络应用场景，并降低了硬件成本。
附图说明
图1为本申请实施例提供的信号处理系统的一种可选的结构示意图；
图2为本申请实施例提供的信号处理装置的一种可选的结构示意图；
图3为本申请实施例提供的调制模块的一种可选的结构示意图；
图4为本申请实施例提供的补偿模块的一种可选的结构示意图；
图5为本申请实施例提供的一级调制器的一种可选的结构示意图；
图6为本申请实施例提供的二级调制器的一种可选的结构示意图；
图7为本申请实施例提供的布洛赫球面上的矢量一种可选的示意图；
图8为本申请实施例提供的QKD系统一种可选的结构示意图；
图9为本申请实施例提供的树状网络的一种可选的结构示意图；
图10为本申请实施例提供的发射机芯片的一种可选的结构示意图；
图11为本申请实施例提供的发射机芯片的一种可选的结构示意图；
图12为本申请实施例提供的信号处理方法的一种可选的流程示意图。
具体实施方式
为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对申请的具体技术方案做进一步详细描述。以下实施例用于说明本申请，但不用来限制本申请的范围。
在以下的描述中，涉及到“一些实施例”，其描述了所有可能实施例的子集，但是可以理解，“一些实施例”可以是所有可能实施例的相同子集或不同子集，并且可以在不冲突的情况下相互结合。
在以下的描述中，所涉及的术语“第一\第二\第三”仅是为例区别不同的对象，不代表针对对象的特定排序，不具有先后顺序的限定。可以理解地，“第一\第二\第三”在允许的情况下可以互换特定的顺序或先后次序，以使这里描述的本申请实施例能够以除了在这里图示或描述的以外的顺序实施。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中所使用的术语只是为了描述本申请实施例的目的，不是旨在限制本申请。
本申请实施例可提供信号处理装置、方法、设备及存储介质。实际应用中，信号处理方法可由信号处理装置实现，信号处理装置中的各功能实体可以由电子设备的硬件资源，如处理器等计算资源、通信资源(如用于支持实现光缆、蜂窝等各种方式通信)协同实现。
本申请实施例提供的信号处理方法应用于信号处理系统，信号处理系统包括发射机端和接收机端。
其中，发射机端包括：调制模块和补偿模块；所述调制模块，用于调制所述发射机的待发送光信号，并将所述待发送光信号发送至所述补偿模块；所述补偿模块，用于接收所述调整模块发送的所述待发送光信号；并基于目标补偿相位调整所述待发送光信号，得到调整后光信号；所述补偿模块，还用于将所述调整后光信号发送至接收机。
接收机端，用于接收发送机端发送的调整后的光信号，并对调整后的光信号进行进一步的处理。
作为一示例，信号处理系统10的结构可如图1所示，包括：发射机端101和接收机端102，发射机端101与接收机端102可以通过网络103进行通信。
发射机端101，包括：调制模块和补偿模块；所述调制模块，用于调制所述发射机的待发送光信号，并将所述待发送光信号发送至所述补偿模块；所述补偿模块，用于接收所述调整模块发送的所述待发送光信号；并基于目标补偿相位调整所述待发送光信号，得到调整后光信号；所述补偿模块，还用于将所述调整后光信号发送至接收机。
接收机端102，用于接收发送机端发送的调整后的光信号，并对调整后的光信号进行进一步的处理。
网络103，用于发射机端101与接收机端102之间的通信，网络103可以为具有光信号传输能力的通信装置。示例性的，网络103可以为光纤。
下面，结合图1所示的信号处理系统的示意图，对本申请实施例提供的信号处理装置、方法、设备及存储介质的各实施例进行说明。
第一方面，本申请实施例提供一种信号处理装置，该装置可以部署于图1中的发射机端101侧。下面，对本申请实施例提供的信号处理装置进行说明。
参照图2所示的内容，信号处理装置20可以包括调制模块201和补偿模块202。
调制模块201，用于调制所述发射机的待发送光信号10，并将待发送光信号10发送至补偿模块202；
补偿模块202，用于接收调整模块201发送的所述待发送光信号10；并基于目标补偿相位调整待发送光信号10，得到调整后光信号20；
补偿模块202，还用于将调整后光信号20发送至接收机。
在本申请的实施例中，信号处理设备可以部署于发射机侧。本申请实施例对具体的部署方式不作限定可以根据实际需求进行配置。
在一种可能的实施方式中，信号处理设备可以作为一个单独的设备部署于发射机侧。该可能的实施方式中，单独部署的信号处理设备可以与发射机进行通信。这样，信号处理设备作为一个单独的设备进行部署，部署位置、大小不受限定，实现灵活性高。
在另一种可能的实施方式中，信号处理设备可以集成于发射机侧。
具体的，参照图2所示的内容，调制模块201和补偿模块202集成于所述发射机。示例性的，可以将调制模块201和补偿模块202集成于发射机芯片上。这样，提高了发射机侧的集成度，且降低了成本。
所述调制模块，用于调制所述发射机的待发送光信号，并将所述待发送光信号发送至所述补偿模块。
参考图2所示的内容，调制模块201，用于调制所述发射机的待发送光信号10，并将待发送光信号10发送至所述补偿模块。
本申请实施例对待发送的光信号的光强度与相位不作限定，可以根据实际需求进行配置。
示例性的，待发送光信号的相位可以包括但不限于多组中的任一项：第一组，45°、-45°；第二组，左旋圆、右旋圆、第三组，0°、90°。可以理解的，还可以包括其他组，需要说明的是，每一组中的两个相位正交，即相差90°。
本申请实施例对调制模块201与补偿模块202之间的连接关系不作限定，可以实现调制模块201与补偿模块202之间的光信号传递即可。
调制模块201，调制发射机的待发送光信号10，并通过调制模块201与补偿模块202之间的连接关系，将待发送光信号10发送至补偿模块202。
所述补偿模块，用于接收所述调整模块发送的所述待发送光信号；并基于目标补偿相位调整所述待发送光信号，得到调整后光信号。
参考图2所示的内容，补偿模块202接收调整模块201发送的待发送光信号10；并基于目标补偿相位调整所述待发送光信号10，得到调整后光信号20。
本申请实施例对目标补偿相位的获取方式不作限定，可以根据实际需求进行配置。
在一种可能的实施方式中，可以根据发送机侧与接收机侧之间的距离、环境等信息，通过计算的方式预测需要补偿的目标补偿相位。
在另一种可能的实施方式中，可以通过实验的方式获取目标补偿相位。例如，可以从发射机侧发送一个相位为0°的光信号，通过发射机与接收机之间的链路将该相位为0°的光信号发送至接收机侧，在接收机侧检测接收到的光信号的相位，将该相位与初始相位0°之间的相位差的反向值确定为目标补偿相位。例如，实验的相位差为15°，则将目标补偿相位配置为-15°。
补偿模块202接收调整模块201发送的待发送光信号10；并将待发送光信号10的相位与目标补偿相位进行叠加，将叠加后的相位作为调整后光信号20的相位。
所述补偿模块，还用于将所述调整后光信号发送至接收机。
参照图2所示的内容，补偿模块202将调整后光信号20发送至接收机。
本申请实施例对发射机与接收机之间的连接关系不作限定，可以根据实际需求进行配置，例如，补偿模块202直接与接收机连接，那么补偿模块202通过其与接收机之间的连接关系，将调整后光信号20发送至接收机。再例如，发射机的发送模块与接收机连接，那么，补偿模块202将将调整后光信号20发送至发送模块，通过发送模块与接收机之间的连接关系，将调整后光信号20发送至接收机。
本申请实施例提供的信号处理装置，包括：调制模块和补偿模块；所述调制模块，用于调制发射机的待发送光信号，并将所述待发送光信号发送至所述补偿模块；所述补偿模块，用于接收所述调整模块发送的所述待发送光信号；并基于目标补偿相位调整所述待发送光信号，得到调整后光信号；所述补偿模块，还用于将所述调整后光信号发送至接收机。本申请的方案通过在发射机侧部署信号处理装置，通过信号处理装置的补偿模块对待发送光信号进行预补偿，从而实现接收机侧接收到光信号后，不用进行相位补偿，从而实现多发对一收的网络传输，扩大了发射机的网络应用场景，并降低了硬件成本。
下面，对调制模块201进行说明。
在一种可能的实施方式中，参考图3所示的内容，调制模块201包括：强度调制模块2011和相位调制模块2012；
强度调制模块2011，用于调制待发送光信号10的光强度；
相位调制模块2012，用于调制待发送光信号10的偏振状态。
下面，对强度调制模块进行说明。
所述强度调制模块，用于调制所述待发送光信号的光强度。
本申请实施例对强度调制模块调制待发送光信号10的光强度的具体实现不作限定，可以根据实际需求进行配置。
在一示例中，强度调制模块2011包括一个1×2多模干涉光分束器(Multi-ModeInterference，MMI)_1，两组相位调制器，以及一个1×2MMI_2。
一组相位调制器包括热相位调制器(TOM)和一个电光相位调制器(CDM)。TOM用于相位的粗调，具有调整慢的特点，CDM用于相位精调，具有调整快速的特点，通过TOM结合CDM的方式调整相位，可以快速、精准的达到目标调整结果。
具体的，将待发送光信号先通过1×2MMI_1进行转移至两臂分支，两臂分别经过一个TOM和一个CDM，然后再将两臂输出接入一个1×2MMI_2，从而实现通过调节TOM和CDM的电压，调节两臂的相位。由于两臂的相位差与输出的光信号的强度之间存在表1所示的关系，所以，可以通过调节两臂相位差完成待发送光信号的强度调制。
表1不同强度调制所需的相位差示例
| 两臂相位差 | 输出光强 |
| 0° | 最小光强，几乎为0 |
| 90° | 中等光强，强度约为最大光强的一半 |
| 180° | 最大光强，几乎为激光器输出光强 |
下面，对相位调制模块2012进行说明。
所述相位调制模块，用于调制所述待发送光信号的偏振状态。
其中，待发送光信号的偏振状态也可以称为待发送光信号的相位，或者待发送光信号的量子态。
偏振状态可以包括但不限于下述任一项：45°、-45°；左旋圆、右旋圆；0°、90°。
本申请实施例对相位调制模块调制待发送光信号10的偏振状态的具体实现不作限定，可以根据实际需求进行配置。
在一示例中，相位调制模块2012包括第一相位调制子模块和第二相位子模块。其中，第一相位调制子模块用于在第一方向上调制待发送光信号的相位，第二相位调制子模块用于在第二方向上调制待发送光信号的相位；第一方向与第二方向垂直。
例如，第一相位调制子模块可以包括一个1×2MMI_3，两组相位调制器，一个2×2MMI_4。
具体的，将强度调制模块2011调制好强度的待发送光信号10接入该1×2MMI_3，1×2MMI_3输出两臂分别经过一组调制器后再将两臂输出接入一个2×2MMI_4。这样，通过给调制器的两端配置不同的电压，调制出待发送光信号在第一方向上的相位。
例如，第二相位调制子模块可以包括一个2×2MMI_5，两组相位调制器，一个2×2MMI_6。
具体的，将2×2MMI_4的输出接入一个2×2MMI_5，输出两臂均分别经过一组调制器后再将两臂输出接入接入一个2×2MMI_6。这样，通过给调制器的两端配置不同的电压，调制出待发送光信号在第二方向上的相位。
下面，对补偿模块进行说明。
参考图4所示的内容，补偿模块202包括：一级调制器2021、二级调制器2022以及合成模块2023。
一级调制器2021，用于在第一方向上对待发送光信号10进行第一补偿相位的第一调整，得到第一调整后的光信号30；第一补偿相位为目标补偿相位在第一方向上的补偿相位；
二级调制器2022，用于在第二方向上对待发送光信号10进行第二补偿相位的第二调整，得到第二调整后的光信号40；第二补偿相位为目标补偿相位在第二方向上的补偿相位；第一方向与第二方向垂直；
合成模块2023，用于将第一调整后的光信号30与第二调整后的光信号40进行合成，得到调整后光信号20。
下面，对一级调制器进行说明。
所述一级调制器，用于在第一方向上对所述待发送光信号进行第一补偿相位的第一调整，得到第一调整后的光信号；所述第一补偿相位为所述目标补偿相位在所述第一方向上的补偿相位。
参考图5所示的内容，一级调制器2021包括第一MMI20211和第一相位调制器20212。
第一MMI20211，用于接收调制模块201发送的待发送光信号10，并将待发送光信号10进行第一转移后发送至第一相位调制器20212。
第一转移用于将待发送光信号转移至第一方向。
参考图5所示的内容，第一相位调制器20212，用于在第一方向上，对第一转移后的待发送光信号进行第一补偿相位的第一调整，得到第一调整后的光信号30。
下面，对二级调制器进行说明。
所述二级调制器，用于在第二方向上对所述待发送光信号进行第二补偿相位的第二调整，得到第二调整后的光信号；所述第二补偿相位为所述目标补偿相位在所述第二方向上的补偿相位；所述第一方向与所述第二方向垂直。
参考图6所示的内容，二级调制器2022包括第二MMI20221、第二相位调制器20222。
第二MMI20221，用于接收一级调制器2021发送的第一调整后的光信号30，并将第一调整后的光信号30进行第二转移后，发送至第二相位调制器20222。
第二转移用于将第一调整后的光信号30转移至所述第二方向。
第二相位调制器20222，用于在第二方向上，对第二转移后的待发送光信号进行第二补偿相位的第二调整，得到第二调整后的光信号40。
下面，对合成模块进行说明。
所述合成模块，用于将所述第一调整后的光信号与所述第二调整后的光信号进行合成，得到所述调整后光信号。
具体的，合成模块可以为偏振分束器(polarization beam splitter，PBS)。通过PBS将横电波(Transverse electricwave，TE)模态的第一调整后的光信号30与第二调整后的光信号40，转换为一个横磁波(Transverse magneticwave，TM)模态和一个TE)模态后，得到调整后光信号40。
需要说明的是，信号处理装置可以包括多组补偿模块，一组补偿模块包括一个一级调制器、一个二级调制器以及一个合成模块。对于多组补偿模块的应用场景，可以将目标补偿相位按照一定的比例分配给不同组的补偿模块。这样，一方面，可以提高补偿效率；另一方面可以实现追踪补偿，即在根据发射机与接收机之间的链路的实际状态，及时的调整补偿方案，提高补偿响应速率；再一方面，可以提高补偿模块的实用寿命。
例如，实际场景中，相位的补偿是通过给调制器增加电压来实现的，若实际只有一组固定的补偿模块，可能出现调制器长时间处于高电压的状态，从而影响补偿模块的实用寿命，通过多组补偿模块，可以降低加载在调制器上的电压，从而增加补偿模块的实用寿命。
例如，实际场景中，目标补偿相位可能随着环境的变化会发生变化，多组补偿模块可以及时调整补偿方案，提高补偿响应速率。
本申请实施例对于分配比例以及具体的分配方式不作唯一限定，可以根据实际需求进行配置。示例性的，可以是平均分配或者随机分配等等。
例如，在目标补偿相位为80°的情况下，可以配置两组补偿模块，第一组补偿40°，第二组补偿40°。
下面，以信号处理装置集成于发射机为例，对信号处理装置进行说明。
QKD是一种利用量子物理原理，在通信双方之间的信道里传输和建立保密的对称随机数的技术。该技术可以和现有的对称式密钥加密设备结合，实现量子保密通信。
在众多的QKD方案当中，以密钥分发(Bennett-Brassard，BB84)协议为代表的离散变量量子密钥分发技术使用最为广泛。
一般的单个物理载体的二元量子态，由布洛赫球(Bloch sphere)球面上的矢量来表示。如图7所示，展示了两组矢量，一组为
另一组为
可以表示布洛赫球球面上的任一个矢量。BB84协议需要QKD接收端，可以在两组正交的基矢中随机选则，并且在选择了该两组正交的基矢中的一组正确基矢的前提下，能准确通过单光子探测器(Singlephoton detector，SPD)的脉冲现象分辨正交的量子态。
图8示意了一种QKD系统，包括发射机81和接收机82。
其中，发射机81包括激光器811、强度调制偏振调制模块812、第一可变光衰减器(Variable Optical Attenuator，VOA)813、现场可编程门阵列(Field-Programmable GateArray，FPGA)814、同步光模块815、第二VOA816以及合波器817；激光器811、强度调制偏振调制模块812、第一VOA813、FPGA814、同步光模块815、第二VOA816以及合波器817之间的信号传递关系可以参照图8中箭头指向。
接收机82包括分波器821、第一电控偏振控制822、第二电控偏振控制823、FPGA824、同步光模块825以及4个SPD826(SPD1、SPD2、SPD3、SPD4)。分波器821、第一电控偏振控制822、第二电控偏振控制823、FPGA824、同步光模块825以及4个SPD826之间的信号传递关系可以参照图8中箭头指向。
在如图8所示的QKD系统中，只能实现一对一(即一发一收)的单独链路通信，为了接收(Bob)端能准确区分出发射(Alice)端发送的量子态，一般需要在Bob端进行偏振补偿，所以，一个Bob端只能接收一个Alice端发送的信号。
若需要在QKD大规模应用，例如应用于如图9所示的树状网络时，如图9所示，多个Alice端(Alice1、Alice2、Alice3……Alice N)通过光分配网络(Optical DistributionNetwork，ODN)与Bob端连接，若需要一台QKD系统接收端(Bob)端同时给多台发送端(Alice)端生成量子密钥，以达成节省成本和提高整体效率的目的。
而在该QKD网络中，由于每一个Alice端到该Bob端所经过的路径不同，导致调制好的四种量子态在传播过程中发生偏振变化。
本申请实施例在每个Alice端加上前置偏振补偿，用于抵消在传播中产生的相位变化。这样，将量子态的偏振补偿在Alice端，Bob端无需对接收的量子态进行补偿，进而可以实现通过一个Bob端与多个Alice端进行通信。
本申请实施例提供了一种多用户QKD网络的发射机芯片，发射机芯片的结构如图10所示，在发射极的芯片中集成强度调制、相位调制和相位补偿功能。从而可以使发射机应用到1×N的QKD网络中，即实现一个接收端接收多个Alice端的信号。
下面，对该实施例提供的发射机芯片进行具体说明。
如图10所示，首先，Alice端有一个经过衰减的脉冲光源发射的弱相干光(光信号)，将该光信号通过保偏光纤输入一个1×2MMI中，输出的两臂分别经过一个热光调相器和一个载流子耗尽型调制器后输入一个1×2MMI中，根据MMI的转移矩阵可以算得两臂的相位差，转换成输出端的光强度变化，从而得到MMI输出两臂的光强分配比。这一级调制完成了诱骗态QKD所需的不同强度光的制备。
在第一级调制完成后，再将这束经过强度调制的光输入一个1×2MMI中，两臂分别经过一个热光调相器和一个电光相位调制器后输入一个2×2MMI中，2MMI的输出两臂也均经过一个热光调相器和一个电光相位调制器后输入2×2MMI中，通过这两级的调制可以使两臂输出的TM模和TE模光强度比例发生变化，合成后可以得到六种不同的偏振态。
在这两级中实现了偏振态的制备；之后从2×2MM中输出，其中一臂经过一个热调相器后将两臂再次接入2×2的MMI，输出端其中一臂经过热调相器后和另一臂一同接入一个偏振合成结构输出，在这一一级的调制中，对制备好的偏振态引入了一个新的偏振角度。
这个偏振角度就是用于补偿后续传输光路中产生的偏振角度变化，因为通信光纤一般都埋在地下，因此偏振角度不会产生非常大的变化，因此这里只需要用热调相器进行慢速调节即可。
其中，通过在调制器两端加不同电压就能实现对光波相位的调整。
进一步的，如图12所示，该实施例还可以进行多级补偿(相当于多个补偿模块)。具体的，强度调制和偏振态高速调制的部分与图10中的过程相同，在偏振补偿部分，使用了更多级的调制器，这样的结构可以实现无死角追踪型(Endless)偏振补偿，避免了在使用过程中偏振态旋转超过偏振补偿的调整范围的问题产生。
其中，多级补偿的具体结构与图10中的结构相同。
因为两级调相之后，偏振态可以刚好遍历整个球面了，假设整个光纤一直在运动，偏振方向从0°一直变大变到了180°，此时加在相位调制器两端的电压在逐步变大，然后此时光纤又运动到了0°，此时调制器两端电压要急速减小会造成偏振态补偿过程不平滑，因此在后面再加两级，让偏振补偿有更大的空间，使得调整的余地更大。
表1描述了不同强度调制所需的相位差。表2描述了不同偏振态调制所需偏振态的操作方式。
表1不同强度调制所需的相位差示例
| 两臂相位差 | 输出光强 |
| 0° | 最小光强，几乎为0 |
| 90° | 中等光强，强度约为最大光强的一半 |
| 180° | 最大光强，几乎为激光器输出光强 |
下面，对表1的获取过程进行说明。
首先对光波(光信号)进行说明。光波可以分解到电场方向和磁场方向，将电场方向成为TE模，将磁场方向成为TM模。通常用矩阵
来表示。E1表示TM模，E2表示TE模。
所以，对于45°偏振光对应的
存在|E1|＝|E2|，且E1＝E2；
对于-45°偏振光对应的
存在|E1|＝|E2|，且E1＝-E2；
对于左旋圆偏振光对应的
存在|E1|＝|E2|，且E1＝iE2；
对于右旋圆偏振光对应的
存在|E1|＝|E2|，且E1＝-iE2；
对于90°偏振光对应的
存在E2＝0；
对于0°偏振光对应的
存在E1＝0。
例如，激光器输出光设定为纯TE模，将该TE模代入MMI的转移矩阵
和相位调制器的转移矩阵
若强度调制器为一级，可得MMI的输出为下述公式(1)。
由于TE模对应的E2＝0，将θ＝0°代入公式(1)，得到输出一臂的光强为0，另一部为全部光强；
将θ＝90°代入公式(1)，得到输出两臂的光强相等；
将θ＝180°代入公式(1)，得到得到输出一臂的光强为全部光强，另一部为0。
表2不同偏振态调制所需的相位操作方式示例
| 偏振态 | 第一级调制器相位差 | 第二级调制器相位差 |
| 45° | 90° | 0° |
| -45° | 90° | 180° |
| 右旋圆 | 90° | 270° |
| 左旋圆 | 90° | 90° |
| 0° | 0° | 任意 |
| 90° | 180° | 任意 |
下面对表2的获取过程进行说明。
偏振态的调整原理与光强的调整原理相同，但是有两级，假设第一级偏转θ，第二级的偏转为
对应的输出为下述公式(2)
同样的，由于TE模对应的E2＝0，将表2中的各角度代入，可得输出矩阵，并可以得到对应的偏振状态。
需要说明的是，相位补偿原理与偏振态的调整原理相同，此处不再一一赘述。
一种用于低成本单探测器量子密钥分发过程可以包括但不限于下述步骤1至步骤7。
步骤1、脉冲激光器发送TE模脉冲激光，经过一段保偏光纤输入多用户QKD网络的发射机芯片。
步骤2、将步骤1中得到的光信号输入至一个1×2MMI_1，两臂分别经过一个TOM和一个CDM，然后再将两臂输出接入一个1×2MMI_2，从而使输出光强随两臂相位差变化而变化，完成强度调制。
步骤3、将步骤2中1×2MMI_2的输出接入一个1×2MMI_3，1×2MMI_3输出两臂均经过一个热相位调制器(TOM)和一个电光相位调制器(CDM)，然后再将两臂输出接入一个2×2MMI_4。
步骤4、将步骤3中2×2MMI_4的输出接入一个2×2MMI_5，输出两臂均经过一个热相位调制器TOM和一个电光相位调制器CDM，然后再将两臂的输出接入一个2×2MMI_6，然后，一种是将两臂再接入一个偏振旋转合成结构输出，输出光偏振态与这两级相位差均相关。另一种是执行下述步骤5。
具体对照见表2所示，此时完成偏振态调制。
步骤5、2×2MMI_6输出接入一个2×2MMI_7，输出两臂均经过一个热相位调制器(TOM)，然后再将两臂输出接入一个2×2MMI_8，2×2MMI_8输出接入一个2×2MMI_9，输出两臂均经过一个热相位调制器(TOM)，然后再将两臂输出接入一个2×2MMI_10，这两级原理和偏振调制相同，通过热相位调制器的低频调制可以根据后续光路中偏振态的偏转进行动态补偿。
步骤6、在变式Endless偏振补偿中，将这一偏振控制结构数量加至三到四组，避免由于光路中偏振偏转角度过大产生无法补偿的情况。
步骤7、最后一级2×2MMI输出通过偏振旋转合成结构进行偏振合成，输出不同偏振态的光经过光纤传输到Bob端。
本申请的该实施例具有以下效果：
本发明基于无源器件2×2MMI和热相位调制器及电光相位调制器在同一块芯片上集成了强度调制、偏振态调制和偏振态补偿功能，可以让多发射机共享1接收机型，解决每一个发射机所连接到的接收机的链路所引发的偏振态变化不同的补偿问题，提高了QKD系统发送端的集成度并且降低了成本。
第二方面，本申请实施例提供一种信号处理方法，应用于信号处理装置，如图12所示，该方法可以包括但不限于下述S1201至S1204。
S1201、信号处理装置调制所述发射机的待发送光信号。
S1201的具体实施可以参考上述调制模块201中的相关描述，此处不再一一赘述。
S1202、信号处理装置获得目标补偿相位。
S1202的具体实施可以参考上述补偿模块202中的相关描述，此处不再一一赘述。
S1203、信号处理装置基于所述目标补偿相位调整所述待发送光信号，得到调整后的光信号。
S1203的具体实施可以参考上述补偿模块202中的相关描述，此处不再一一赘述。
S1204、信号处理装置将所述调整后的光信号发送至接收机。
S1204的具体实施可以参考上述补偿模块202中的相关描述，此处不再一一赘述。
下面对S1203信号处理装置基于所述目标补偿相位调整所述待发送光信号，得到调整后的光信号的过程进行说明。该过程可包括但不限于下述S12031至S12034。
S12031、信号处理装置基于目标补偿相位，计算第一补偿相位和第二补偿相位。
第一补偿相位为目标补偿相位在第一方向上的补偿相位；第二补偿相位为目标补偿相位在第二方向上的补偿相位；第一方向与第二方向垂直。
S12032、信号处理装置在所述第一方向上对所述待发送光信号进行所述第一补偿相位的第一调整，得到第一调整后的光信号。
S12033、信号处理装置在所述第二方向上对所述待发送光信号进行所述第二补偿相位的第二调整，得到第二调整后的光信号。
S12034、信号处理装置将所述第一调整后的光信号与所述第二调整后的光信号进行合成，得到所述调整后的目标光信号。
需要说明的是，本申请实施例提供的信号处理装置包括所包括的各模块，可以通过电子设备中的处理器来实现；当然也可通过具体的逻辑电路实现；在实施的过程中，处理器可以为中央处理器(CPU，Central Processing Unit)、微处理器(MPU，Micro ProcessorUnit)、数字信号处理器(DSP，Digital Signal Processor)或现场可编程门阵列(FPGA，Field-Programmable Gate Array)等。
以上装置实施例的描述，与上述方法实施例的描述是类似的，具有同方法实施例相似的有益效果。对于本申请装置实施例中未披露的技术细节，请参照本申请方法实施例的描述而理解。
需要说明的是，本申请实施例中，如果以软件功能模块的形式实现上述的信号处理方法，并作为独立的产品销售或使用时，也可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本申请实施例的技术方案本质上或者说对相关技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机、服务器、或者网络设备等)执行本申请各个实施例所述方法的全部或部分。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(Read OnlyMemory，ROM)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。这样，本申请实施例不限制于任何特定的硬件和软件结合。
第三方面，为实现上述信号处理方法，本申请实施例提供一种电子设备，包括存储器和处理器，所述存储器存储有可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现上述实施例中提供的信号处理方法中的步骤。
第四方面，本申请实施例提供一种存储介质，也就是计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现上述实施例中提供的信号处理方法中的步骤。
这里需要指出的是：以上存储介质和设备实施例的描述，与上述方法实施例的描述是类似的，具有同方法实施例相似的有益效果。对于本申请存储介质和设备实施例中未披露的技术细节，请参照本申请方法实施例的描述而理解。
应理解，说明书通篇中提到的“一个实施例”或“一实施例”意味着与实施例有关的特定特征、结构或特性包括在本申请的至少一个实施例中。因此，在整个说明书各处出现的“在一个实施例中”或“在一些实施例中”未必一定指相同的实施例。此外，这些特定的特征、结构或特性可以任意适合的方式结合在一个或多个实施例中。应理解，在本申请的各种实施例中，上述各过程的序号的大小并不意味着执行顺序的先后，各过程的执行顺序应以其功能和内在逻辑确定，而不应对本申请实施例的实施过程构成任何限定。上述本申请实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。
需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者装置不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者装置所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括该要素的过程、方法、物品或者装置中还存在另外的相同要素。
在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的设备和方法，可以通过其它的方式实现。以上所描述的设备实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，如：多个单元或组件可以结合，或可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另外，所显示或讨论的各组成部分相互之间的耦合、或直接耦合、或通信连接可以是通过一些接口，设备或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性的、机械的或其它形式的。
上述作为分离部件说明的单元可以是、或也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是、或也可以不是物理单元；既可以位于一个地方，也可以分布到多个网络单元上；可以根据实际的需要选择其中的部分或全部单元来实现本实施例方案的目的。
另外，在本申请各实施例中的各功能单元可以全部集成在一个处理单元中，也可以是各单元分别单独作为一个单元，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中；上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用硬件加软件功能单元的形式实现。
本领域普通技术人员可以理解：实现上述方法实施例的全部或部分步骤可以通过程序指令相关的硬件来完成，前述的程序可以存储于计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，执行包括上述方法实施例的步骤；而前述的存储介质包括：移动存储设备、只读存储器(Read Only Memory，ROM)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
或者，本申请上述集成的单元如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，也可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本申请实施例的技术方案本质上或者说对相关技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机、服务器、或者网络设备等)执行本申请各个实施例所述方法的全部或部分。而前述的存储介质包括：移动存储设备、ROM、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
以上所述，仅为本申请的实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。
Claims (10)
1.一种信号处理装置，其特征在于，所述装置部署于发射机侧，所述装置包括：调制模块和补偿模块；
所述调制模块，用于调制所述发射机的待发送光信号，并将所述待发送光信号发送至所述补偿模块；
所述补偿模块，用于接收所述调整模块发送的所述待发送光信号；并基于目标补偿相位调整所述待发送光信号，得到调整后光信号；
所述补偿模块，还用于将所述调整后光信号发送至接收机。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述调制模块和所述补偿模块集成于所述发射机。
3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述调制模块包括：强度调制模块和相位调制模块；
所述强度调制模块，用于调制所述待发送光信号的光强度；
所述相位调制模块，用于调制所述待发送光信号的偏振状态。
4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述补偿模块包括：一级调制器、二级调制器以及合成模块；
所述一级调制器，用于在第一方向上对所述待发送光信号进行第一补偿相位的第一调整，得到第一调整后的光信号；所述第一补偿相位为所述目标补偿相位在所述第一方向上的补偿相位；
所述二级调制器，用于在第二方向上对所述待发送光信号进行第二补偿相位的第二调整，得到第二调整后的光信号；所述第二补偿相位为所述目标补偿相位在所述第二方向上的补偿相位；所述第一方向与所述第二方向垂直；
所述合成模块，用于将所述第一调整后的光信号与所述第二调整后的光信号进行合成，得到所述调整后光信号。
5.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，所述一级调制器包括第一多模干涉光分束器MMI和第一相位调制器；
所述第一MMI，用于接收所述调制模块发送的所述待发送光信号，并将所述待发送光信号进行第一转移后发送至所述第一相位调制器；所述第一转移用于将所述待发送光信号转移至所述第一方向；
所述第一相位调制器，用于在所述第一方向上，对所述第一转移后的待发送光信号进行所述第一补偿相位的第一调整，得到所述第一调整后的光信号。
6.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，所述二级调制器包括第二多模干涉光分束器MMI、第二相位调制器；
所述第二MMI，用于接收所述一级调制器发送的所述第一调整后的光信号，并将所述第一调整后的光信号进行第二转移后发送至所述第二相位调制器；所述第二转移用于将所述第一调整后的光信号转移至所述第二方向；
所述第二相位调制器，用于在所述第二方向上，对所述第二转移后的待发送光信号进行所述第二补偿相位的第二调整，得到所述第二调整后的光信号。
7.一种信号处理方法，其特征在于，所述方法应用于发射机侧，所述方法包括：
调制所述发射机的待发送光信号；
获得目标补偿相位；
基于所述目标补偿相位调整所述待发送光信号，得到调整后的光信号；
将所述调整后的光信号发送至接收机。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述基于所述目标补偿相位调整所述待发送光信号，得到调整后的光信号，包括：
基于目标补偿相位，计算第一补偿相位和第二补偿相位；所述第一补偿相位为所述目标补偿相位在第一方向上的补偿相位；所述第二补偿相位为所述目标补偿相位在第二方向上的补偿相位；所述第一方向与所述第二方向垂直；
在所述第一方向上对所述待发送光信号进行所述第一补偿相位的第一调整，得到第一调整后的光信号；
在所述第二方向上对所述待发送光信号进行所述第二补偿相位的第二调整，得到第二调整后的光信号；
将所述第一调整后的光信号与所述第二调整后的光信号进行合成，得到所述调整后的目标光信号。
9.一种电子设备，其特征在于，所述电子设备包括：处理器和用于存储能够在处理器上运行的计算机程序的存储器；其中，所述处理器运行所述计算机程序时，执行权利要求7或8所述的信号处理方法。
10.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质存储有计算机可执行指令；运行所述计算机可执行指令，执行行权利要求7或8所述的信号处理方法。
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