CN114726451B - 一种偏振不敏感的高效量子密钥分发解码装置 - Google Patents

一种偏振不敏感的高效量子密钥分发解码装置 Download PDF

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Abstract

一种偏振不敏感的高效量子密钥分发解码装置，包括第一偏振分束器、偏振路径切换模块、偏振干涉仪、第一单光子探测器以及第二单光子探测器，所述偏振路径切换模块用于将第一偏振脉冲的前一个时间模式和第二偏振脉冲的后一个时间模式从第一输出端口输出形成第三偏振脉冲，所述偏振干涉仪用于使第三偏振脉冲和第四偏振脉冲分别进行单光子干涉。与现有技术相比，本发明可以消除信道的偏振扰动导致偏振态随机变化对系统造成的影响，无需主动偏振补偿模块即可实现信道偏振不敏感，提高了系统的稳定性。同时，由于采用时间模式偏振复用和偏振干涉仪，可以消除非干涉峰，提高光子的能量利用率，进而提高系统的安全成码率。

Description

一种偏振不敏感的高效量子密钥分发解码装置
技术领域
本发明涉及量子安全通信技术领域，特别涉及一种偏振不敏感的高效量子密钥分发解码装置。
背景技术
量子密钥分发可以为远距离的通信双方提供无条件安全的密钥分发，目前最成熟的是BB84量子密钥分发协议。光纤量子密钥分发系统一般采用单模光纤作为传输信道，但由于光纤信道存在固有双折射效应，使得光子在传输过程中偏振态会发生变化，且会随着外界环境的变化而改变。相位编码将信息编码到量子态前后两个时间模式之间的相位差上，在光纤信道中传输时非常稳定，因此被广泛采用。然而，传统的基于双不等臂马赫-增德尔干涉环方案在接收端进行解码干涉时，由于光纤信道的扰动导致偏振态随机变化，从而影响干涉的稳定性，因此该系统稳定性差，容易受到环境干扰。
如果在接收端通过反馈控制进行偏振跟踪与补偿，会增加系统复杂度，耗时耗资源，且误码率偏高。所以，现有技术一般采用被动补偿偏振态的方式，如Plug-and-play（即插即用）往返式量子密钥分发系统，使用法拉第镜将入射光偏振态旋转90度的特性，来抵消光纤信道对光子偏振态的作用，从而保证系统的稳定性。但是，该容易受到木马攻击，且系统的工作频率受到限制，光纤的拉曼散射效应也会增加系统噪声。另一种解决方案是采用法拉第-迈克尔逊干涉仪，这样可以消除光纤双折射效应以及环境扰动对偏振态的影响，系统非常稳定。但是由于光脉冲会经过调相器2次，增加了接收端的损耗，降低了系统的效率。
另外，现有技术中所有的被动偏振补偿方案，在接收端解码干涉时均存在非干涉峰，即量子态分别走“发送端干涉仪长臂和接收端干涉仪长臂”的路径以及“发送端干涉仪短臂和接收端干涉仪短臂”的路径不参与干涉而被舍弃，因此干涉峰的光功率为总光功率的1/2，即该方案的光能量利用率为1/2，而最终的安全密钥率与其成正比。文献“Efficientdecoy-state quantum key distribution with quantified security, Opticsexpress, 2013, 21(21): 24550-24565”采用偏振复用的方式可以消除非干涉峰，将能量利用率提高了一倍，但是需要在接收端进行主动偏振补偿，无法自动信道偏振不敏感。
发明内容
针对现有技术存在以上缺陷，本发明提出一种偏振不敏感的高效量子密钥分发解码装置。
本发明的技术方案是这样实现的：
一种偏振不敏感的高效量子密钥分发解码装置，包括第一偏振分束器、偏振路径切换模块、偏振干涉仪、第一单光子探测器以及第二单光子探测器，所述第一偏振分束器包括输入端口、第一输出端口和第二输出端口；所述偏振路径切换模块包括第一输入端口、第二输入端口和第一输出端口、第二输出端口；所述偏振干涉仪包括第一输入端口、第二输入端口和第一输出端口、第二输出端口；所述第一偏振分束器的第一输出端口、第二输出端口分别通过第一保偏光纤、第二保偏光纤与偏振路径切换模块的第一输入端口、第二输入端口相连；所述偏振路径切换模块的第一输出端口、第二输出端口分别通过第三保偏光纤、第四保偏光纤与偏振干涉仪的第一输入端口、第二输入端口相连；所述偏振干涉仪的第一输出端口和第二输出端口分别连接第一单光子探测器和第二单光子探测器；所述第一偏振分束器用于将输入任意偏振态的相位编码脉冲分束成偏振相互垂直的第一偏振脉冲和第二偏振脉冲；所述偏振路径切换模块用于将第一偏振脉冲的前一个时间模式和第二偏振脉冲的后一个时间模式从第一输出端口输出形成第三偏振脉冲，将第一偏振脉冲的后一个时间模式和第二偏振脉冲的前一个时间模式从第二输出端口输出形成第四偏振脉冲；所述偏振干涉仪用于使第三偏振脉冲和第四偏振脉冲分别进行单光子干涉，所述第一保偏光纤和第四保偏光纤分别进行90°熔接。
优选地，所述偏振路径切换模块为光开关，所述光开关为保偏光开关，包括第一输入端口、第二输入端口、第一输出端口和第二输出端口；所述光开关切换为状态A时，从第一输入端口和第二输入端口入射的光分别从第一输出端口和第二输出端口出射；所述光开关切换为状态B时，从第一输入端口和第二输入端口入射的光分别从第二输出端口和第一输出端口出射。
优选地，所述偏振路径切换模块包括第一环形器、第二环形器、第二分束器和第二调相器，所述第一环形器和第二环形器均包括第一端口、第二端口和第三端口；所述第二分束器包括第一输入端口、第二输入端口、第一输出端口和第二输出端口；所述第二分束器的第一输入端口、第二输入端口分别与第一环形器的第二端口、第二环形器的第二端口相连；所述第二分束器的第一输出端口、第二输出端口分别通过两根长度不同的保偏光纤与第二调相器的输入端口和输出端口相连，构成萨格纳克环。
优选地，所述偏振干涉仪包括半波片、第二偏振分束器、第一调相器和第一分束器，所述半波片的光轴与保偏光纤慢轴对准；所述第二偏振分束器和第一分束器均包括第一输入端口、第二输入端口、第一输出端口和第二输出端口；所述半波片的输出端口与第二偏振分束器的第一输入端口相连；所述第二偏振分束器的第一输出端口通过第一调相器连接第一分束器的第一输入端口，构成偏振干涉仪的长臂；所述第二偏振分束器的第二输出端口直接连接第一分束器的第二输入端口，构成偏振干涉仪的短臂。
优选地，所述偏振干涉仪包括第三环形器、第四环形器、第三偏振分束器、第三调相器、第一法拉第镜、第二法拉第镜和第四偏振分束器，所述第三环形器和第四环形器均包括第一端口、第二端口和第三端口；所述第三偏振分束器、第四偏振分束器均包括第一输入端口、第二输入端口、第一输出端口和第二输出端口；所述第三环形器和第四环形器的第二端口分别连接第三偏振分束器的第一输入端口和第二输入端口；所述第三偏振分束器的第一输出端口通过第三调相器连接第一法拉第镜，构成偏振干涉仪的长臂；所述第三偏振分束器的第二输出端口直接连接第二法拉第镜，构成偏振干涉仪的短臂；所述第四偏振分束器的第一输入端口和第二输入端口分别与第三环形器、第四环形器的第三端口通过保偏光纤进行45°熔接后相连。
优选地，所述偏振干涉仪包括第五环形器、第六环形器、第五偏振分束器、第六偏振分束、第四调相器和第七偏振分束器，所述第五环形器和第六环形器均包括第一端口、第二端口和第三端口；所述第五偏振分束器和第六偏振分束器均包括输入端口、第一输出端口和第二输出端口；所述第七偏振分束器包括第一输入端口、第二输入端口、第一输出端口和第二输出端口；所述第五环形器和第六环形器的第二端口分别连接第五偏振分束器和第六偏振分束器的输入端口；所述第五偏振分束器的第一输出端口通过第四调相器连接第六偏振分束器的第一输出端口，构成偏振干涉仪的长臂；所述第五偏振分束器的第二输出端口直接连接第六偏振分束器的第二输出端口，构成偏振干涉仪的短臂；所述第七偏振分束器的第一输入端口和第二输入端口分别与第五环形器、第六环形器的第三端口通过保偏光纤进行45°熔接后相连。
优选地，所述偏振干涉仪包括第七环形器、第八环形器、第八偏振分束器、第五调相器和第九偏振分束器，所述第七环形器和第八环形器均包括第一端口、第二端口和第三端口；所述第八偏振分束器、第九偏振分束器均包括第一输入端口、第二输入端口、第一输出端口和第二输出端口；所述第八偏振分束器的第一输入端口、第二输出端口分别连接第七环形器、第八环形器的第二端口；所述第八偏振分束器的第一输出端口、第二输入端口分别通过两根长度相同的保偏光纤与第五调相器的输入端口和输出端口相连；所述第九偏振分束器的第一输入端口、第二输入端口分别与第七环形器、第八环形器的第三端口通过保偏光纤进行45°熔接后相连。
与现有技术相比，本发明有以下有益效果：
本发明提出一种偏振不敏感的高效量子密钥分发解码装置，通过对相位编码态脉冲进行偏振分束分别进行干涉后再进行合并探测，可以消除信道的偏振扰动导致偏振态随机变化对系统造成的影响，无需主动偏振补偿模块即可实现信道偏振不敏感，提高了系统的稳定性。同时，由于采用时间模式偏振复用和偏振干涉仪，可以消除非干涉峰，提高光子的能量利用率，进而提高系统的安全成码率。
附图说明
图1为本发明偏振不敏感的高效量子密钥分发解码装置的结构原理框图；
图2为本发明量子密钥分发编码装置实施例一的原理框图；
图3为本发明量子密钥分发编码装置实施例二的原理框图；
图4为本发明量子密钥分发编码装置实施例三的原理框图；
图5为本发明量子密钥分发编码装置实施例四的原理框图。
图中：第一偏振分束器1、偏振路径切换模块2、光开关2-1、第一环形器2-2、第二环形器2-3、第二分束器2-4、第二调相器2-5、偏振干涉仪3、半波片3-1、第二偏振分束器3-2、第一调相器3-3、第一分束器3-4、第三环形器3-5、第四环形器3-6、第三偏振分束器3-7、第三调相器3-8、第一法拉第镜3-9、第二法拉第镜3-10、第四偏振分束器3-11、第五环形器3-12、第六环形器3-13、第五偏振分束器3-14、第六偏振分束3-15、第四调相器3-16、第七偏振分束器3-17、第七环形器3-18、第八环形器3-19、第八偏振分束器3-20、第五调相器3-21、第九偏振分束器3-22、第一单光子探测器4、第二单光子探测器5、第一保偏光纤6、第二保偏光纤7、第三保偏光纤8、第四保偏光纤9。
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所示，一种偏振不敏感的高效量子密钥分发解码装置（以下简称解码装置），包括第一偏振分束器1、偏振路径切换模块2、偏振干涉仪3、第一单光子探测器4以及第二单光子探测器5，所述第一偏振分束器1包括输入端口、第一输出端口和第二输出端口；所述偏振路径切换模块2包括第一输入端口、第二输入端口和第一输出端口、第二输出端口；所述偏振干涉仪3包括第一输入端口、第二输入端口和第一输出端口、第二输出端口；所述第一偏振分束器1的第一输出端口、第二输出端口分别通过第一保偏光纤6、第二保偏光纤7与偏振路径切换模块2的第一输入端口、第二输入端口相连；所述偏振路径切换模块2的第一输出端口、第二输出端口分别通过第三保偏光纤8、第四保偏光纤9与偏振干涉仪3的第一输入端口、第二输入端口相连；所述偏振干涉仪3的第一输出端口和第二输出端口分别连接第一单光子探测器4和第二单光子探测器5；所述第一偏振分束器1用于将输入任意偏振态的相位编码脉冲分束成偏振相互垂直的第一偏振脉冲和第二偏振脉冲；所述偏振路径切换模块2用于将第一偏振脉冲的前一个时间模式和第二偏振脉冲的后一个时间模式从第一输出端口输出形成第三偏振脉冲，将第一偏振脉冲的后一个时间模式和第二偏振脉冲的前一个时间模式从第二输出端口输出形成第四偏振脉冲；所述偏振干涉仪3用于使第三偏振脉冲和第四偏振脉冲分别进行单光子干涉；所述第一保偏光纤6和第四保偏光纤9分别进行90°熔接。
具体解码过程如下：
发送端发出的偏振复用相位编码态的前后两个时间模式相位差为
Figure 213192DEST_PATH_IMAGE001
，且偏振相 互垂直，可写为
Figure 51704DEST_PATH_IMAGE002
其中，时间模式|0>的偏振态为水平偏振；时间模式|1>的偏振态为竖直偏振。在经过单模光纤信道之后，由于存在双折射效应以及信道所处环境存在扰动，导致相位编码态在到达接收端时变成随机的偏振态，因此进入解码装置的相位编码态可写为
Figure 769124DEST_PATH_IMAGE003
其中时间模式|0>的偏振态为
Figure 351284DEST_PATH_IMAGE004
，时间模式|1 >的偏振态为
Figure 103340DEST_PATH_IMAGE005
，满足
Figure 112753DEST_PATH_IMAGE006
。
相位编码态进入解码装置后，首先被第一偏振分束器1分成偏振相互垂直的第一偏振脉冲和第二偏振脉冲，分别从第一偏振分束器1的第一输出端口和第二输出端口出射，均沿保偏光纤慢轴传播。所述第一偏振脉冲经过90°偏振旋转后量子态变为
Figure 114207DEST_PATH_IMAGE007
所述第二偏振脉冲量子态为
Figure 500058DEST_PATH_IMAGE008
其中，|s>和|f>分别表示光沿保偏光纤慢轴和快轴传播。
第一偏振脉冲和第二偏振脉冲随后同时进入偏振路径切换模块2，第一偏振脉冲的时间模式|0>和第二偏振脉冲的时间模式|1>从偏振路径切换模块2的第一输出端口出射成为第三偏振脉冲，第二偏振脉冲的时间模式|0>和第一偏振脉冲的时间模式|1>从偏振路径切换模块2的第二输出端口出射并经过90°偏振旋转后成为第四偏振脉冲。第三偏振脉冲和第四偏振脉冲的量子态可分别写为
Figure 309882DEST_PATH_IMAGE009
可以看出，第三偏振脉冲两个时间模式的幅度相同，偏振相互垂直，在进入偏振干 涉仪3的第一输入端口后，由于时间模式|0>沿保偏光纤快轴传播，进入偏振干涉仪3的长 臂，被调制相位
Figure 286934DEST_PATH_IMAGE010
；时间模式|1>沿保偏光纤慢轴传播，经过偏振干涉仪3的短臂后，与时间 模式|0>在时间上重叠，进行干涉，相位差为
Figure 978947DEST_PATH_IMAGE011
，进入第一单光子探测器4和 第二单光子探测器5的光强分别为
Figure 106171DEST_PATH_IMAGE012
和
Figure 567240DEST_PATH_IMAGE013
。
同样，第四偏振脉冲两个时间模式的幅度也相同，偏振相互垂直。在进入偏振干涉 仪3的第二输入端口后，由于时间模式|0>沿保偏光纤快轴传播，进入偏振干涉仪3的长臂， 被调制相位
Figure 184035DEST_PATH_IMAGE010
；时间模式|1>沿保偏光纤慢轴传播，经过偏振干涉仪3的短臂后，与时间模 式|0>在时间上重叠，进行干涉，相位差为
Figure 628923DEST_PATH_IMAGE011
，进入第一单光子探测器4和第 二单光子探测器5的光强分别为
Figure 90997DEST_PATH_IMAGE014
和
Figure 672151DEST_PATH_IMAGE015
。
因此，第一单光子探测器4和第二单光子探测器5的探测结果为第三偏振脉冲和第 四偏振脉冲分别干涉的光强之和，即为
Figure 272896DEST_PATH_IMAGE016
和
Figure 188769DEST_PATH_IMAGE017
，与入射偏 振态无关，可以免疫信道的随机扰动。并且由于采用偏振复用的方式，即两个时间模式的偏 振相互垂直，可以消除非干涉峰，使所有脉冲分量都进行干涉，将光子的能量利用率提高了 一倍。当发送端调制4个相位时，接收端可以调制2个相位进行解码，相应的单光子探测器响 应概率如表1所示
表1：探测器响应概率表
Figure 205266DEST_PATH_IMAGE018
如图2所示，本发明解码装置实施例一：
所述解码装置的结构为：所述偏振路径切换模块2为光开关2-1，所述光开关2-1为保偏光开关，包括第一输入端口、第二输入端口、第一输出端口和第二输出端口；所述光开关2-1切换为状态A时，从第一输入端口和第二输入端口入射的光分别从第一输出端口和第二输出端口出射；所述光开关2-1切换为状态B时，从第一输入端口和第二输入端口入射的光分别从第二输出端口和第一输出端口出射。所述偏振干涉仪3包括半波片3-1、第二偏振分束器3-2、第一调相器3-3和第一分束器3-4，所述半波片3-1的光轴与保偏光纤慢轴对准；所述第二偏振分束器3-2和第一分束器3-4均包括第一输入端口、第二输入端口、第一输出端口和第二输出端口；所述半波片3-1的输出端口与第二偏振分束器3-2的第一输入端口相连；所述第二偏振分束器3-2的第一输出端口通过第一调相器3-3连接第一分束器3-4的第一输入端口，构成偏振干涉仪3的长臂；所述第二偏振分束器3-2的第二输出端口直接连接第一分束器3-4的第二输入端口，构成偏振干涉仪3的短臂。
实施例一解码具体过程包括为：
发送端发出的偏振复用相位编码态的前后两个时间模式相位差为
Figure 890194DEST_PATH_IMAGE019
，且偏振相 互垂直，可写为
Figure 599524DEST_PATH_IMAGE020
其中，时间模式|0>的偏振态为水平偏振；时间模式|1>的偏振态为竖直偏振。在经过单模光纤信道之后，由于存在双折射效应以及信道所处环境存在扰动，导致相位编码态在到达接收端时变成随机的偏振态，因此进入解码装置的相位编码态可写为
Figure 737114DEST_PATH_IMAGE021
其中时间模式|0>的偏振态为
Figure 557302DEST_PATH_IMAGE022
，时间模式|1 >的偏振态为
Figure 362316DEST_PATH_IMAGE023
，满足
Figure 242547DEST_PATH_IMAGE024
。
相位编码态进入解码装置后，首先被第一偏振分束器1分成偏振相互垂直的第一偏振脉冲和第二偏振脉冲，分别从第一偏振分束器1的第一输出端口和第二输出端口出射，均沿保偏光纤慢轴传播。所述第一偏振脉冲经过90°偏振旋转后量子态变为
Figure 867432DEST_PATH_IMAGE025
所述第二偏振脉冲量子态为
Figure 428995DEST_PATH_IMAGE026
。
第一偏振脉冲和第二偏振脉冲随后分别同时进入光开关2-1的第一输入端口和第二输入端口，光开关2-1首先处于状态A，此时第一偏振脉冲和第二偏振脉冲的时间模式|0>经过光开关2-1会分别从其第一输出端口和第二输出端口出射，分别沿保偏光纤的快轴和慢轴传播。紧接着在时间模式|1>到达光开关2-1之前，控制光开关2-1切换为状态B，此时第一偏振脉冲和第二偏振脉冲的时间模式|1>经过光开关2-1会分别从其第二输出端口和第一输出端口出射，分别沿保偏光纤的慢轴和快轴传播。因此，从光开关2-1的第一输出端口出射的为第一偏振脉冲的时间模式|0>和第二偏振脉冲的时间模式|1>，成为第三偏振脉冲；从光开关2-1的第一输出端口出射的为第二偏振脉冲的时间模式|0>和第一偏振脉冲的时间模式|1>，并经过90°偏振旋转后成为第四偏振脉冲。第三偏振脉冲和第四偏振脉冲的量子态可分别写为
Figure 88515DEST_PATH_IMAGE027
第三偏振脉冲两个时间模式的幅度相同，且时间模式|0>和|1>分别沿保偏光纤快 轴和慢轴传播，经过半波片3-1之后时间模式|0>的相位增加π，时间模式|1>的相位不变。在 进入第二偏振分束器3-2的第一输入端口后，时间模式|0>被反射到偏振干涉仪3的长臂，经 历了π/2的相位突变，被调制相位
Figure 936386DEST_PATH_IMAGE028
后到达第一分束器3-4的第一输入端口；时间模式|1> 被第二偏振分束器3-2透射进入偏振干涉仪3的短臂后到达第一分束器3-4的第二输入端 口。时间模式|0>和|1>同时到达第一分束器3-4，在时间上重叠，进行干涉，相位差为
Figure 251829DEST_PATH_IMAGE029
，进入第一单光子探测器4和第二单光子探测器5的光强分别为
Figure 413820DEST_PATH_IMAGE030
和
Figure 662268DEST_PATH_IMAGE031
。
同样，第四偏振脉冲两个时间模式的幅度也相同，偏振相互垂直。在进入第二偏振 分束器3-2的第二输入端口后，时间模式|0>被第二偏振分束器3-2透射进入偏振干涉仪3的 长臂，被调制相位
Figure 149881DEST_PATH_IMAGE032
后到达第一分束器3-4的第一输入端口；时间模式|1>被第二偏振分束 器3-2反射进入偏振干涉仪3的短臂，经历了π/2的相位突变，到达第一分束器3-4的第二输 入端口。时间模式|0>和|1>同时到达第一分束器3-4，在时间上重叠，进行干涉，相位差为
Figure 749358DEST_PATH_IMAGE033
，进入第一单光子探测器4和第二单光子探测器5的光强分别为
Figure 715040DEST_PATH_IMAGE034
和
Figure 83574DEST_PATH_IMAGE035
。
因此，第一单光子探测器4和第二单光子探测器5的探测结果为第三偏振脉冲和第 四偏振脉冲分别干涉的光强之和，即为
Figure 210930DEST_PATH_IMAGE036
和
Figure 297703DEST_PATH_IMAGE037
，与入射偏 振态无关，可以免疫信道的随机扰动。并且由于采用偏振复用的方式，即两个时间模式的偏 振相互垂直，可以消除非干涉峰，使所有脉冲分量都进行干涉，将光子的能量利用率提高了 一倍。
如图3所示，本发明解码装置实施例二：
所述解码装置的结构为：所述偏振路径切换模块2包括第一环形器2-2、第二环形器2-3、第二分束器2-4和第二调相器2-5，所述第一环形器2-2和第二环形器2-3均包括第一端口、第二端口和第三端口；所述第二分束器2-4包括第一输入端口、第二输入端口、第一输出端口和第二输出端口；所述第二分束器2-4的第一输入端口、第二输入端口分别与第一环形器2-2的第二端口、第二环形器2-3的第二端口相连；所述第二分束器2-4的第一输出端口、第二输出端口分别通过两根长度不同的保偏光纤与第二调相器2-5的输入端口和输出端口相连，构成萨格纳克环。所述偏振干涉仪3包括第三环形器3-5、第四环形器3-6、第三偏振分束器3-7、第三调相器3-8、第一法拉第镜3-9、第二法拉第镜3-10和第四偏振分束器3-11，所述第三环形器3-5和第四环形器3-6均包括第一端口、第二端口和第三端口；所述第三偏振分束器3-7、第四偏振分束器3-11均包括第一输入端口、第二输入端口、第一输出端口和第二输出端口；所述第三环形器3-5和第四环形器3-6的第二端口分别连接第三偏振分束器3-7的第一输入端口和第二输入端口；所述第三偏振分束器3-7的第一输出端口通过第三调相器3-8连接第一法拉第镜3-9，构成偏振干涉仪3的长臂；所述第三偏振分束器3-7的第二输出端口直接连接第二法拉第镜3-10，构成偏振干涉仪3的短臂；所述第四偏振分束器3-11的第一输入端口和第二输入端口分别与第三环形器3-5、第四环形器3-6的第三端口通过保偏光纤进行45°熔接后相连。
实施例二解码具体过程包括为：
发送端发出的偏振复用相位编码态的前后两个时间模式相位差为
Figure 801497DEST_PATH_IMAGE038
，且偏振相 互垂直，可写为
Figure 290116DEST_PATH_IMAGE039
其中，时间模式|0>的偏振态为水平偏振；时间模式|1>的偏振态为竖直偏振。在经过单模光纤信道之后，由于存在双折射效应以及信道所处环境存在扰动，导致相位编码态在到达接收端时变成随机的偏振态，因此进入解码装置的相位编码态可写为
Figure 916269DEST_PATH_IMAGE040
其中时间模式|0>的偏振态为
Figure 241072DEST_PATH_IMAGE041
，时间模式|1 >的偏振态为
Figure 633761DEST_PATH_IMAGE042
，满足
Figure 462040DEST_PATH_IMAGE043
。
相位编码态进入解码装置后，首先被第一偏振分束器1分成偏振相互垂直的第一偏振脉冲和第二偏振脉冲，分别从第一偏振分束器1的第一输出端口和第二输出端口出射，均沿保偏光纤慢轴传播。所述第一偏振脉冲经过90°偏振旋转后量子态变为
Figure 711625DEST_PATH_IMAGE044
所述第二偏振脉冲量子态为
Figure 258143DEST_PATH_IMAGE045
。
第一偏振脉冲和第二偏振脉冲同时到达第一环形器2-2和第二环形器2-3的第一端口，随后分别从第一环形器2-2和第二环形器2-3的第二端口出射进入第二分束器2-4的第一输入端口和第二输入端口，由于二者偏振相互垂直，不会发生干涉。当第二调相器2-5调制相位0时，从第二分束器2-4的第一输入端口和第二输入端口入射的光分别从第一输入端口和第二输入端口出射；当第二调相器2-5调制相位π时，从第一输入端口和第二输入端口入射的光分别从第二输入端口和第一输入端口出射。因此，第二调相器2-5首先调制相位0，第一偏振脉冲和第二偏振脉冲的时间模式|0>会分别从第二分束器2-4的第一输入端口和第二输入端口出射，分别回到第一环形器2-2和第二环形器2-3的第二端口，并从第三端口出射，分别沿保偏光纤的快轴和慢轴传播。紧接着在时间模式|1>到达第二调相器2-5时，调制相位π，此时第一偏振脉冲和第二偏振脉冲的时间模式|1>会分别从第二分束器2-4的第二输入端口和第一输入端口出射，分别回到第一环形器2-2和第二环形器2-3的第二端口，并从第三端口出射，分别沿保偏光纤的慢轴和快轴传播。第一偏振脉冲的时间模式|0>和第二偏振脉冲的时间模式|1>从第一环形器2-2的第三端口出射，为第三偏振脉冲；第二偏振脉冲的时间模式|0>和第一偏振脉冲的时间模式|1>从第二环形器2-3的第三端口出射，并经过90°偏振旋转后成为第四偏振脉冲。第三偏振脉冲和第四偏振脉冲的量子态可分别写为
Figure 618587DEST_PATH_IMAGE046
第三偏振脉冲两个时间模式的幅度相同，且时间模式|0>和|1>分别沿保偏光纤快 轴和慢轴传播，经第三环形器3-5进入第三偏振分束器3-7的第一输入端口后，时间模式|0> 被反射到偏振干涉仪3的长臂，经历了π/2的相位突变，随后被第一法拉第镜3-9反射并经过 第三调相器3-8调制相位
Figure 301372DEST_PATH_IMAGE047
，最后被第三偏振分束器3-7透射从第二输入端口出射；时间模 式|1>被第三偏振分束器3-7透射进入偏振干涉仪3的短臂后被第二法拉第镜3-10反射到第 三偏振分束器3-7的第二输出端口，最后被反射到第二输入端口出射，经历了π/2的相位突 变。时间模式|0>和|1>同时到达第三偏振分束器3-7的第二输入端口，在时间上重叠，干涉 后依次经过第四环形器3-6和45°偏振旋转最终成为第五偏振脉冲，偏振态可写为
Figure 721858DEST_PATH_IMAGE048
。
其中，相位差为
Figure 755673DEST_PATH_IMAGE049
。第五偏振脉冲经过第四偏振分束器3-11之后， 进入第一单光子探测器4和第二单光子探测器5的光强分别为
Figure 654227DEST_PATH_IMAGE050
和
Figure 457098DEST_PATH_IMAGE051
。
同样，第四偏振脉冲两个时间模式的幅度也相同，且时间模式|0>和|1>分别沿保 偏光纤快轴和慢轴传播，经第四环形器3-6进入第三偏振分束器3-7的第二输入端口后，时 间模式|0>透射到偏振干涉仪3的长臂，被第一法拉第镜3-9反射并经过第三调相器3-8调制 相位
Figure 986169DEST_PATH_IMAGE052
，最后被第三偏振分束器3-7反射从第一输入端口出射，经历了π/2的相位突变；时 间模式|1>被第三偏振分束器3-7反射进入偏振干涉仪3的短臂，经历了π/2的相位突变，随 后被第二法拉第镜3-10反射到第三偏振分束器3-7的第二输出端口，透射到第一输入端口 出射。时间模式|0>和|1>同时到达第三偏振分束器3-7的第一输入端口，在时间上重叠，干 涉后依次经过第三环形器3-5和45°偏振旋转最终成为第六偏振脉冲，偏振态可写为
Figure 507280DEST_PATH_IMAGE053
。
其中，相位差为
Figure 943946DEST_PATH_IMAGE054
。第六偏振脉冲经过第四偏振分束器3-11之后， 进入第一单光子探测器4和第二单光子探测器5的干涉结果分别为
Figure 866903DEST_PATH_IMAGE055
和
Figure 363612DEST_PATH_IMAGE056
。
因此，第一单光子探测器4和第二单光子探测器5的探测结果为第五偏振脉冲和第 六偏振脉冲分别干涉的结果之和，即为
Figure 372020DEST_PATH_IMAGE057
和
Figure 877956DEST_PATH_IMAGE058
，与入射偏 振态无关，可以免疫信道的随机扰动。并且由于采用偏振复用的方式，即两个时间模式的偏 振相互垂直，可以利用所有脉冲分量，将光子的能量利用率提高了一倍。
如图4所示，本发明解码装置实施例三：
所述解码装置的结构为：所述偏振路径切换模块2包括第一环形器2-2、第二环形器2-3、第二分束器2-4和第二调相器2-5，所述第一环形器2-2和第二环形器2-3均包括第一端口、第二端口和第三端口；所述第二分束器2-4包括第一输入端口、第二输入端口、第一输出端口和第二输出端口；所述第二分束器2-4的第一输入端口、第二输入端口分别与第一环形器2-2的第二端口、第二环形器2-3的第二端口相连；所述第二分束器2-4的第一输出端口、第二输出端口分别通过两根长度不同的保偏光纤与第二调相器2-5的输入端口和输出端口相连，构成萨格纳克环。所述偏振干涉仪3包括第五环形器3-12、第六环形器3-13、第五偏振分束器3-14、第六偏振分束3-15、第四调相器3-16和第七偏振分束器3-17，所述第五环形器3-12和第六环形器3-13均包括第一端口、第二端口和第三端口；所述第五偏振分束器3-14和第六偏振分束器3-15均包括输入端口、第一输出端口和第二输出端口；所述第七偏振分束器3-17包括第一输入端口、第二输入端口、第一输出端口和第二输出端口；所述第五环形器3-12和第六环形器3-13的第二端口分别连接第五偏振分束器3-14和第六偏振分束器3-15的输入端口；所述第五偏振分束器3-14的第一输出端口通过第四调相器3-16连接第六偏振分束器3-15的第一输出端口，构成偏振干涉仪3的长臂；所述第五偏振分束器3-14的第二输出端口直接连接第六偏振分束器3-15的第二输出端口，构成偏振干涉仪3的短臂；所述第七偏振分束器3-17的第一输入端口和第二输入端口分别与第五环形器3-12、第六环形器3-13的第三端口通过保偏光纤进行45°熔接后相连。
实施例三解码具体过程包括为：
发送端发出的偏振复用相位编码态的前后两个时间模式相位差为
Figure 655419DEST_PATH_IMAGE059
，且偏振相 互垂直，可写为
Figure 323030DEST_PATH_IMAGE060
其中，时间模式|0>的偏振态为水平偏振；时间模式|1>的偏振态为竖直偏振。在经过单模光纤信道之后，由于存在双折射效应以及信道所处环境存在扰动，导致相位编码态在到达接收端时变成随机的偏振态，因此进入解码装置的相位编码态可写为
Figure 553154DEST_PATH_IMAGE061
其中时间模式|0>的偏振态为
Figure 675831DEST_PATH_IMAGE062
，时间模式|1 >的偏振态为
Figure 557068DEST_PATH_IMAGE063
，满足
Figure 146312DEST_PATH_IMAGE064
。
相位编码态进入解码装置后，首先被第一偏振分束器1分成偏振相互垂直的第一偏振脉冲和第二偏振脉冲，分别从第一偏振分束器1的第一输出端口和第二输出端口出射，均沿保偏光纤慢轴传播。所述第一偏振脉冲经过90°偏振旋转后量子态变为
Figure 644159DEST_PATH_IMAGE065
所述第二偏振脉冲量子态为
Figure 977051DEST_PATH_IMAGE066
。
第一偏振脉冲和第二偏振脉冲同时到达第一环形器2-2和第二环形器2-3的第一端口，随后分别从第一环形器2-2和第二环形器2-3的第二端口出射进入第二分束器2-4的第一输入端口和第二输入端口，由于二者偏振相互垂直，不会发生干涉。当第二调相器2-5调制相位0时，从第二分束器2-4的第一输入端口和第二输入端口入射的光分别从第一输入端口和第二输入端口出射；当第二调相器2-5调制相位π时，从第一输入端口和第二输入端口入射的光分别从第二输入端口和第一输入端口出射。因此，第二调相器2-5首先调制相位0，第一偏振脉冲和第二偏振脉冲的时间模式|0>会分别从第二分束器2-4的第一输入端口和第二输入端口出射，分别回到第一环形器2-2和第二环形器2-3的第二端口，并从第三端口出射，分别沿保偏光纤的快轴和慢轴传播。紧接着在时间模式|1>到达第二调相器2-5时，调制相位π，此时第一偏振脉冲和第二偏振脉冲的时间模式|1>会分别从第二分束器2-4的第二输入端口和第一输入端口出射，分别回到第一环形器2-2和第二环形器2-3的第二端口，并从第三端口出射，分别沿保偏光纤的慢轴和快轴传播。第一偏振脉冲的时间模式|0>和第二偏振脉冲的时间模式|1>从第一环形器2-2的第三端口出射，为第三偏振脉冲；第二偏振脉冲的时间模式|0>和第一偏振脉冲的时间模式|1>从第二环形器2-3的第三端口出射，并经过90°偏振旋转后成为第四偏振脉冲。第三偏振脉冲和第四偏振脉冲的量子态可分别写为
Figure 712795DEST_PATH_IMAGE067
第三偏振脉冲两个时间模式的幅度相同，且时间模式|0>和|1>分别沿保偏光纤快 轴和慢轴传播，经第五环形器3-12进入第五偏振分束器3-14的输入端口后，时间模式|0>被 反射到偏振干涉仪3的长臂，经过第四调相器3-16调制相位
Figure 738520DEST_PATH_IMAGE047
后被反射到第六偏振分束器 3-15的输入端口出射，沿保偏光纤快轴传播；时间模式|1>被第五偏振分束器3-14透射进入 偏振干涉仪3的短臂，然后被透射到第六偏振分束器3-15的输入端口出射，沿保偏光纤慢轴 传播。时间模式|0>和|1>同时到达第六偏振分束器3-15的输入端口，在时间上重叠，干涉后 依次经过第六环形器3-13和45°偏振旋转最终成为第五偏振脉冲，偏振态可写为
Figure 192504DEST_PATH_IMAGE068
。
其中，相位差为
Figure 329087DEST_PATH_IMAGE069
。第五偏振脉冲经过第七偏振分束器3-17之后， 进入第一单光子探测器4和第二单光子探测器5的光强分别为
Figure 919337DEST_PATH_IMAGE070
和
Figure 115963DEST_PATH_IMAGE071
。
同样，第四偏振脉冲两个时间模式的幅度也相同，且时间模式|0>和|1>分别沿保 偏光纤快轴和慢轴传播，经第六环形器3-13进入第六偏振分束器3-15的输入端口后，时间 模式|0>被反射到偏振干涉仪3的长臂，经过第四调相器3-16调制相位
Figure 57243DEST_PATH_IMAGE072
后被反射到第五 偏振分束器3-14的输入端口出射，沿保偏光纤快轴传播；时间模式|1>透射进入偏振干涉仪 3的短臂，然后被透射到第五偏振分束器3-14的输入端口出射，沿保偏光纤慢轴传播。时间 模式|0>和|1>同时到达第五偏振分束器3-14的输入端口，在时间上重叠，干涉后依次经过 第五环形器3-12和45°偏振旋转最终成为第六偏振脉冲，偏振态可写为
Figure 731938DEST_PATH_IMAGE073
。
其中，相位差为
Figure 176695DEST_PATH_IMAGE074
。第六偏振脉冲经过第七偏振分束器3-17之后， 进入第一单光子探测器4和第二单光子探测器5的光强分别为
Figure 809801DEST_PATH_IMAGE075
和
Figure 972798DEST_PATH_IMAGE076
。
因此，第一单光子探测器4和第二单光子探测器5的探测结果为第五偏振脉冲和第 六偏振脉冲分别干涉的结果之和，即为
Figure 451184DEST_PATH_IMAGE077
和
Figure 281606DEST_PATH_IMAGE078
，与入射偏 振态无关，可以免疫信道的随机扰动。并且由于采用偏振复用的方式，即两个时间模式的偏 振相互垂直，可以利用所有脉冲分量，将光子的能量利用率提高了一倍。
如图5所示，本发明解码装置实施例四：
所述解码装置的结构为：所述偏振路径切换模块2为光开关2-1，所述光开关2-1为保偏光开关2-1，包括第一输入端口、第二输入端口、第一输出端口和第二输出端口；所述光开关2-1切换为状态A时，从第一输入端口和第二输入端口入射的光分别从第一输出端口和第二输出端口出射；所述光开关2-1切换为状态B时，从第一输入端口和第二输入端口入射的光分别从第二输出端口和第一输出端口出射。所述偏振干涉仪3包括第七环形器3-18、第八环形器3-19、第八偏振分束器3-20、第五调相器3-21和第九偏振分束器3-22，所述第七环形器3-18和第八环形器3-19均包括第一端口、第二端口和第三端口；所述第八偏振分束器3-20、第九偏振分束器3-22均包括第一输入端口、第二输入端口、第一输出端口和第二输出端口；所述第八偏振分束器3-20的第一输入端口、第二输出端口分别连接第七环形器3-18、第八环形器3-19的第二端口；所述第八偏振分束器3-20的第一输出端口、第二输入端口分别通过两根长度相同的保偏光纤与第五调相器3-21的输入端口和输出端口相连；所述第九偏振分束器3-22的第一输入端口、第二输入端口分别与第七环形器3-18、第八环形器3-19的第三端口通过保偏光纤进行45°熔接后相连。
实施例四解码具体过程包括为：
发送端发出的偏振复用相位编码态的前后两个时间模式相位差为
Figure 554455DEST_PATH_IMAGE079
，且偏振相 互垂直，可写为
Figure 673590DEST_PATH_IMAGE080
其中，时间模式|0>的偏振态为水平偏振；时间模式|1>的偏振态为竖直偏振。在经过单模光纤信道之后，由于存在双折射效应以及信道所处环境存在扰动，导致相位编码态在到达接收端时变成随机的偏振态，因此进入解码装置的相位编码态可写为
Figure 690088DEST_PATH_IMAGE081
其中时间模式|0>的偏振态为
Figure 375016DEST_PATH_IMAGE082
，时间模式|1 >的偏振态为
Figure 818766DEST_PATH_IMAGE083
，满足
Figure 487514DEST_PATH_IMAGE084
。
相位编码态进入解码装置后，首先被第一偏振分束器1分成偏振相互垂直的第一偏振脉冲和第二偏振脉冲，分别从第一偏振分束器1的第一输出端口和第二输出端口出射，均沿保偏光纤慢轴传播。所述第一偏振脉冲经过90°偏振旋转后量子态变为
Figure 307703DEST_PATH_IMAGE085
所述第二偏振脉冲量子态为
Figure 847137DEST_PATH_IMAGE086
。
第一偏振脉冲和第二偏振脉冲随后分别同时进入光开关2-1的第一输入端口和第二输入端口，光开关2-1首先处于状态A，此时第一偏振脉冲和第二偏振脉冲的时间模式|0>经过光开关2-1会分别从其第一输出端口和第二输出端口出射，分别沿保偏光纤的快轴和慢轴传播。紧接着在时间模式|1>到达光开关2-1之前，控制光开关2-1切换为状态B，随后第一偏振脉冲和第二偏振脉冲的时间模式|1>经过光开关2-1会分别从其第二输出端口和第一输出端口出射，分别沿保偏光纤的慢轴和快轴传播。因此，从光开关2-1的第一输出端口出射的为第一偏振脉冲的时间模式|0>和第二偏振脉冲的时间模式|1>，成为第三偏振脉冲；从光开关2-1的第一输出端口出射的为第二偏振脉冲的时间模式|0>和第一偏振脉冲的时间模式|1>，并经过90°偏振旋转后成为第四偏振脉冲。第三偏振脉冲和第四偏振脉冲的量子态可分别写为
Figure 727368DEST_PATH_IMAGE087
第三偏振脉冲两个时间模式的幅度相同，且时间模式|0>和|1>分别沿保偏光纤快 轴和慢轴传播，经第七环形器3-18进入第八偏振分束器3-20的第一输入端口后，时间模式| 0>被反射到第八偏振分束器3-20的第一输出端口，经过第五调相器3-21调制相位
Figure 352254DEST_PATH_IMAGE047
后进入 第八偏振分束器3-20的第二输入端口被反射到第八偏振分束器3-20的第二输出端口出射， 沿保偏光纤快轴传播；时间模式|1>直接从第八偏振分束器3-20的第一输入端口透射到第 二输出端口，沿保偏光纤慢轴传播。时间模式|0>和|1>同时到达第八偏振分束器3-20的第 二输出端口，在时间上重叠，干涉后依次经过第八环形器3-19和45°偏振旋转最终成为第五 偏振脉冲，偏振态可写为
Figure 710554DEST_PATH_IMAGE088
。
其中，相位差为
Figure 448703DEST_PATH_IMAGE089
。第五偏振脉冲经过第九偏振分束器3-22之后， 进入第一单光子探测器4和第二单光子探测器5的光强分别为
Figure 483524DEST_PATH_IMAGE090
和
Figure 346438DEST_PATH_IMAGE091
。
同样，第四偏振脉冲两个时间模式的幅度也相同，且时间模式|0>和|1>分别沿保 偏光纤快轴和慢轴传播，经第八环形器3-19进入第八偏振分束器3-20的第二输出端口后， 时间模式|0>被反射第八偏振分束器3-20的第二输入端口，经过第五调相器3-21调制相位
Figure 757696DEST_PATH_IMAGE092
后进入第八偏振分束器3-20的第一输出端口被反射到第八偏振分束器3-20的第一输入 端口出射，沿保偏光纤快轴传播；时间模式|1>直接从第八偏振分束器3-20的第二输出端口 透射到第一输入端口，沿保偏光纤慢轴传播。时间模式|0>和|1>同时到达第八偏振分束器 3-20的第一输入端口，在时间上重叠，干涉后依次经过第七环形器3-18和45°偏振旋转最终 成为第六偏振脉冲，偏振态可写为
Figure 22455DEST_PATH_IMAGE093
。
其中，相位差为
Figure 493757DEST_PATH_IMAGE094
。第六偏振脉冲经过第九偏振分束器3-22之后， 进入第一单光子探测器4和第二单光子探测器5的光强分别为
Figure 843967DEST_PATH_IMAGE095
和
Figure 58916DEST_PATH_IMAGE096
。
因此，第一单光子探测器4和第二单光子探测器5的探测结果为第五偏振脉冲和第 六偏振脉冲分别干涉的结果之和，即为
Figure 178182DEST_PATH_IMAGE097
和
Figure 820385DEST_PATH_IMAGE098
，与入射偏 振态无关（偏振不敏感），可以免疫信道的随机扰动。并且由于采用偏振复用的方式，即两个 时间模式的偏振相互垂直，可以利用所有脉冲分量，将光子的能量利用率提高了一倍。
本发明还公开了一种量子密钥分发系统的发射端，包括激光器、编码装置、可调衰减器，所述编码装置的输入端口和输出端口分别连接激光器和可调衰减器，所述激光器用于产生光脉冲，所述编码装置用于多种协议的编码，产生编码脉冲，所述可调衰减器用于将编码脉冲衰减到单光子量级。
综合本发明各个实施例可知，本发明提出一种偏振不敏感的高效量子密钥分发解码装置，通过对相位编码态脉冲进行偏振分束分别进行干涉后再进行合并探测，可以消除信道的偏振扰动导致偏振态随机变化对系统造成的影响，无需主动偏振补偿模块即可实现信道偏振不敏感，提高了系统的稳定性。同时，由于采用时间模式偏振复用和偏振干涉仪，可以消除非干涉峰，提高光子的能量利用率，进而提高系统的安全成码率。

Claims (7)

1.一种偏振不敏感的高效量子密钥分发解码装置，其特征在于，包括第一偏振分束器 （1）、偏振路径切换模块（2）、偏振干涉仪（3）、第一单光子探测器（4）以及第二单光子探测器 （5），所述第一偏振分束器（1）包括输入端口、第一输出端口和第二输出端口；所述偏振路径 切换模块（2）包括第一输入端口、第二输入端口和第一输出端口、第二输出端口；所述偏振 干涉仪（3）包括第一输入端口、第二输入端口和第一输出端口、第二输出端口；所述第一偏 振分束器（1）的第一输出端口、第二输出端口分别通过第一保偏光纤（6）、第二保偏光纤（7） 与偏振路径切换模块（2）的第一输入端口、第二输入端口相连；所述偏振路径切换模块（2） 的第一输出端口、第二输出端口分别通过第三保偏光纤（8）、第四保偏光纤（9）与偏振干涉 仪（3）的第一输入端口、第二输入端口相连；所述偏振干涉仪（3）的第一输出端口和第二输 出端口分别连接第一单光子探测器（4）和第二单光子探测器（5）；所述第一偏振分束器（1） 用于将输入任意偏振态的相位编码脉冲分束成偏振相互垂直的第一偏振脉冲和第二偏振 脉冲；所述偏振路径切换模块（2）用于将第一偏振脉冲的时间模式|0>和第二偏振脉冲的时 间模式|1>从第一输出端口输出形成第三偏振脉冲，将第一偏振脉冲的时间模式|1>和第二 偏振脉冲的时间模式|0>从第二输出端口输出并经过90°偏振旋转后形成第四偏振脉冲；所 述偏振干涉仪（3）用于使第三偏振脉冲和第四偏振脉冲分别进行单光子干涉，第三偏振脉 冲两个时间模式的幅度相同，偏振相互垂直，在进入偏振干涉仪（3）的第一输入端口后，由 于时间模式|0>沿保偏光纤快轴传播，进入偏振干涉仪（3）的长臂，被调制相位
Figure 995537DEST_PATH_IMAGE001
；时间模 式|1>沿保偏光纤慢轴传播，经过偏振干涉仪（3）的短臂后，与时间模式|0>在时间上重叠， 进行干涉后进入第一单光子探测器（4）和第二单光子探测器（5），同样，第四偏振脉冲两个 时间模式的幅度也相同，偏振相互垂直，在进入偏振干涉仪（3）的第二输入端口后，由于时 间模式|0>沿保偏光纤快轴传播，进入偏振干涉仪（3）的长臂，被调制相位
Figure 281025DEST_PATH_IMAGE001
；时间模式|1 >沿保偏光纤慢轴传播，经过偏振干涉仪（3）的短臂后，与时间模式|0>在时间上重叠，进行 干涉后进入第一单光子探测器（4）和第二单光子探测器（5），第一单光子探测器（4）和第二 单光子探测器（5）的探测结果为第三偏振脉冲和第四偏振脉冲分别干涉的光强之和，所述 第一保偏光纤（6）和第四保偏光纤（9）分别进行90°熔接。
2.如权利要求1所述的偏振不敏感的高效量子密钥分发解码装置，其特征在于，所述偏振路径切换模块（2）为光开关（2-1），所述光开关（2-1）为保偏光开关，包括第一输入端口、第二输入端口、第一输出端口和第二输出端口；所述光开关（2-1）切换为状态A时，从第一输入端口和第二输入端口入射的光分别从第一输出端口和第二输出端口出射；所述光开关（2-1）切换为状态B时，从第一输入端口和第二输入端口入射的光分别从第二输出端口和第一输出端口出射。
3.如权利要求1所述的偏振不敏感的高效量子密钥分发解码装置，其特征在于，所述偏振路径切换模块（2）包括第一环形器（2-2）、第二环形器（2-3）、第二分束器（2-4）和第二调相器（2-5），所述第一环形器（2-2）和第二环形器（2-3）均包括第一端口、第二端口和第三端口；所述第二分束器（2-4）包括第一输入端口、第二输入端口、第一输出端口和第二输出端口；所述第二分束器（2-4）的第一输入端口、第二输入端口分别与第一环形器（2-2）的第二端口、第二环形器（2-3）的第二端口相连；所述第二分束器（2-4）的第一输出端口、第二输出端口分别通过两根长度不同的保偏光纤与第二调相器（2-5）的输入端口和输出端口相连，构成萨格纳克环，所述第一环形器（2-2）、第二环形器（2-3）的第一端口分别构成了偏振路径切换模块（2）的第一输入端口与第二输入端口，所述第一环形器（2-2）、第二环形器（2-3）的第三端口分别构成了偏振路径切换模块（2）的第一输出端口与第二输出端口。
4.如权利要求1或2或3所述的偏振不敏感的高效量子密钥分发解码装置，其特征在于，所述偏振干涉仪（3）包括半波片（3-1）、第二偏振分束器（3-2）、第一调相器（3-3）和第一分束器（3-4），所述半波片（3-1）的光轴与保偏光纤慢轴对准；所述第二偏振分束器（3-2）和第一分束器（3-4）均包括第一输入端口、第二输入端口、第一输出端口和第二输出端口；所述半波片（3-1）的输出端口与第二偏振分束器（3-2）的第一输入端口相连；所述第二偏振分束器（3-2）的第一输出端口通过第一调相器（3-3）连接第一分束器（3-4）的第一输入端口，构成偏振干涉仪（3）的长臂；所述第二偏振分束器（3-2）的第二输出端口直接连接第一分束器（3-4）的第二输入端口，构成偏振干涉仪（3）的短臂，所述半波片（3-1）的输入端口构成了偏振干涉仪（3）的第一输入端口，第二偏振分束器（3-2）的第二输入端口构成了偏振干涉仪（3）的第二输入端口，第一分束器（3-4）的第一输出端口与第二输出端口分别构成了偏振干涉仪（3）的第一输出端口与第二输出端口。
5.如权利要求1或2或3所述的偏振不敏感的高效量子密钥分发解码装置，其特征在于，所述偏振干涉仪（3）包括第三环形器（3-5）、第四环形器（3-6）、第三偏振分束器（3-7）、第三调相器（3-8）、第一法拉第镜（3-9）、第二法拉第镜（3-10）和第四偏振分束器（3-11），所述第三环形器（3-5）和第四环形器（3-6）均包括第一端口、第二端口和第三端口；所述第三偏振分束器（3-7）、第四偏振分束器（3-11）均包括第一输入端口、第二输入端口、第一输出端口和第二输出端口；所述第三环形器（3-5）和第四环形器（3-6）的第二端口分别连接第三偏振分束器（3-7）的第一输入端口和第二输入端口；所述第三偏振分束器（3-7）的第一输出端口通过第三调相器（3-8）连接第一法拉第镜（3-9），构成偏振干涉仪（3）的长臂；所述第三偏振分束器（3-7）的第二输出端口直接连接第二法拉第镜（3-10），构成偏振干涉仪（3）的短臂；所述第四偏振分束器（3-11）的第一输入端口和第二输入端口分别与第三环形器（3-5）、第四环形器（3-6）的第三端口通过保偏光纤进行45°熔接后相连，所述第三环形器（3-5）、第四环形器（3-6）的第一端口分别构成了偏振干涉仪（3）的第一输入端口与第二输入端口，第四偏振分束器（3-11）的第一输出端口与第二输出端口分别构成了偏振干涉仪（3）的第一输出端口与第二输出端口。
6.如权利要求1或2或3所述的偏振不敏感的高效量子密钥分发解码装置，其特征在于，所述偏振干涉仪（3）包括第五环形器（3-12）、第六环形器（3-13）、第五偏振分束器（3-14）、第六偏振分束器（3-15）、第四调相器（3-16）和第七偏振分束器（3-17），所述第五环形器（3-12）和第六环形器（3-13）均包括第一端口、第二端口和第三端口；所述第五偏振分束器（3-14）和第六偏振分束器（3-15）均包括输入端口、第一输出端口和第二输出端口；所述第七偏振分束器（3-17）包括第一输入端口、第二输入端口、第一输出端口和第二输出端口；所述第五环形器（3-12）和第六环形器（3-13）的第二端口分别连接第五偏振分束器（3-14）和第六偏振分束（3-15）器的输入端口；所述第五偏振分束器（3-14）的第一输出端口通过第四调相器（3-16）连接第六偏振分束器（3-15）的第一输出端口，构成偏振干涉仪（3）的长臂；所述第五偏振分束器（3-14）的第二输出端口直接连接第六偏振分束器（3-15）的第二输出端口，构成偏振干涉仪（3）的短臂；所述第七偏振分束器（3-17）的第一输入端口和第二输入端口分别与第五环形器（3-12）、第六环形器（3-13）的第三端口通过保偏光纤进行45°熔接后相连，所述第五环形器（3-12）、第六环形器（3-13）的第一端口分别构成了偏振干涉仪（3）的第一输入端口与第二输入端口，第七偏振分束器（3-17）的第一输出端口与第二输出端口分别构成了偏振干涉仪（3）的第一输出端口与第二输出端口。
7.如权利要求1或2或3所述的偏振不敏感的高效量子密钥分发解码装置，其特征在于，所述偏振干涉仪（3）包括第七环形器（3-18）、第八环形器（3-19）、第八偏振分束器（3-20）、第五调相器（3-21）和第九偏振分束器（3-22），所述第七环形器（3-18）和第八环形器（3-19）均包括第一端口、第二端口和第三端口；所述第八偏振分束器（3-20）、第九偏振分束器（3-22）均包括第一输入端口、第二输入端口、第一输出端口和第二输出端口；所述第八偏振分束器（3-20）的第一输入端口、第二输出端口分别连接第七环形器（3-18）、第八环形器（3-19）的第二端口；所述第八偏振分束器（3-20）的第一输出端口、第二输入端口分别通过两根长度相同的保偏光纤与第五调相器（3-21）的输入端口和输出端口相连；所述第九偏振分束器（3-22）的第一输入端口、第二输入端口分别与第七环形器（3-18）、第八环形器（3-19）的第三端口通过保偏光纤进行45°熔接后相连，所述第七环形器（3-18）、第八环形器（3-19）的第一端口分别构成了偏振干涉仪（3）的第一输入端口与第二输入端口，第九偏振分束器（3-22）的第一输出端口与第二输出端口分别构成了偏振干涉仪（3）的第一输出端口与第二输出端口。
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