CN115955280B - 一种光纤信道窃听检测装置 - Google Patents
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Abstract
本发明属于光保密通信技术领域，公开了一种光纤信道窃听检测装置，包括分别通过预设复用方式部署在待检测光纤信道两端的窃听检测模块和反射式偏振自补偿模块，所述窃听检测模块包括激光器，可调衰减器，光传输模块，第一偏振分束器，正交偏振干涉仪，调相模块，第一单光子探测器、第二单光子探测器、主控模块以及报警器。与现有技术相比，本发明通过在通信发送方和接收方分别部署窃听检测模块和反射式偏振自补偿模块，不仅可以自动补偿信道偏振变化，还能自动补偿收发光路中的相位变化，并且接收端的模块为简单的被动器件，无需进行主动控制以及与发送方进行通信，因此不会增加接收方的复杂度和功耗，不会额外占用通信带宽。
Description
技术领域
本发明涉及光保密通信技术领域，特别涉及一种光纤信道窃听检测装置。
背景技术
随着社会与科技的发展，人们对通信安全性的需求日益强烈。针对光纤通信系统的窃听技术多种多样，常见的可分为侵入式和非侵入式两种。侵入式采取的主要方法是光束分离法，即直接切断光纤并接入光耦合器，分离出要窃听的信息数据，这会造成短暂的通信中断；非侵入式主要包括弯曲耦合法、倏逝波耦合法、V型槽法等，主要是在不中断通信的情况下入侵光纤通信系统，分离出部分光信号，对信息进行窃取，其隐蔽性较强，威胁大，不容易被发现。因此，需要大力发展针对光纤通信的信道窃听检测技术。
目前，常规的信道窃听检测方法主要分为两类，一是对通信信号的一些特性进行统计分析，如光强监控、误码率测量和光谱分析等，该方法检测速度较慢，无法检测出短暂的窃听行为；二是利用时域反射技术，测量所反射的强经典光信号的瑞利散射和菲涅尔反射信号，如专利CN110855373A和CN114884570A等。然而这些方法对于截取重发攻击、关联干扰攻击等窃听方式无能为力，前者可以截取光信号并重发一个完全一致的光信号，后者可以在窃取信息的同时保持信道中光功率不变，从而使窃听无法被发现。
随着量子技术的发展，利用量子态不可克隆和不确定性等特性可以实现更加灵敏和可靠的窃听检测。专利CN107370546B提出了一种利用量子态的窃听检测方法，其中发送方将量子态发送给接收方进行测量，根据量子态的测量结果改变情况判定是否存在窃听，该方案不仅要求发送方将量子态的制备信息发送给接收方，而且收发双方都会增加复杂的设备，增大通信双方的复杂度和功耗。专利CN110719128A则更为直接地在收发双方采用量子密钥分发设备，成本和复杂度都大幅度提高，并且需要双方通信进行后处理协商，占用较大的信道带宽。
发明内容
针对现有技术存在以上缺陷，本发明提出一种光纤信道窃听检测装置。
本发明的技术方案是这样实现的：
一种光纤信道窃听检测装置，包括连接在待检测光纤信道两端的窃听检测模块和反射式偏振自补偿模块，所述窃听检测模块包括：
激光器，用于产生水平偏振的光脉冲；
可调衰减器，用于将所述光脉冲衰减到预设的强度；
光传输模块，用于将从其第一端口输入的经过衰减的光脉冲传输至其第二端口输出；
第一偏振分束器，所述第一偏振分束器的第二端口与光传输模块的第二端口相连，第一端口与正交偏振干涉仪的输入端口通过保偏光纤45°熔接后相连，用于将从其第二端口入射的水平偏振光脉冲透射到其第一端口，并从45°熔接点后输出45°线偏振的光脉冲；
正交偏振干涉仪，所述正交偏振干涉仪具有长短臂，用于将入射至其输入端口的光脉冲进行偏振分束，并从其输出端口输出幅度相等、偏振相互垂直、且具有预设时间差的第一光信号和第二光信号；
调相模块，用于调制第一光信号和第二光信号之间的相位差，使二者整体成为单光子量级的量子态光信号，并将该量子态光信号输出至待检测光纤信道；
以及第一单光子探测器、第二单光子探测器、主控模块、报警器；
所述反射式偏振自补偿模块用于将通过待测光纤信道传输并通过预设复用方式解复用后的量子态信号进行反射，并使输出的量子态光信号偏振态旋转90°，用于对光纤信道进行偏振自补偿；
所述调相模块还用于调制经反射式偏振自补偿模块反射的量子态光信号中的第一光信号和第二光信号之间的相位差；
所述正交偏振干涉仪还用于将返回的经调相模块调制的量子态中第一光信号和第二光信号进行偏振干涉，产生第三光信号；
所述第一偏振分束器还用于将从其第一端口入射的经过45°偏振旋转的第三光信号进行偏振分束，产生分别从其第二端口和第三端口出射的第一干涉光和第二干涉光；
所述光传输模块还用于将从其第二端口入射的第一干涉光传输至其第三端口出射；
所述第一单光子探测器和第二单光子探测器分别用于探测第一干涉光和第二干涉光；
所述主控模块用于触发激光器、驱动调相模块、为第一单光子探测器和第二单光子探测器提供门控信号并采集二者输出的计数进行处理，以及根据所述计数和调相模块的调制和解调信息得到光子计数率和量子比特误码率两种指标，并当所述两种指标中至少一种大于相应的预设阈值时，判定信道存在窃听并触发报警器，
上述各器件的连接结构为：所述激光器依次连接可调衰减器、光传输模块、第一偏振分束器以及正交偏振干涉仪，所述主控模块分别连接激光器、正交偏振干涉仪、调相模块、第一单光子探测器、第二单光子探测器以及报警器。
优选地，所述光传输模块包括第一环形器，所述第一环形器为三端口环形器，其第一端口、第二端口和第三端口分别作为光传输模块第一端口、第二端口和第三端口，用于将从其第一端口入射的光信号传输至其第二端口出射，并将从其第二端口入射的光信号传输至其第三端口出射；
所述正交偏振干涉仪包括第二偏振分束器和第三偏振分束器，所述第二偏振分束器的两个输出端口分别通过长度不同的保偏光纤与第三偏振分束器的两个输出端口相连，分别构成所述干涉仪的长臂和短臂；
所述调相模块包括第一调相器，所述第一调相器为高速双偏振调相器；
所述反射式偏振自补偿模块包括第一法拉第反射镜。
优选地，所述光传输模块包括集成封装的光束偏移器、法拉第旋光片和半波片，所述光束偏移器用于将从光传输模块的第一端口入射的水平偏振光信号直线通过，以及用于将沿与水平偏振光信号相反的方向入射的竖直偏振光信号偏移后从光传输模块的第三端口出射；
所述法拉第旋光片的偏振旋转角度为45°，用于将正向经过的水平偏振光信号变为45°偏振，以及将反向经过的45°偏振光信号变为竖直偏振；
所述半波片的主轴方向与水平方向夹角为22.5°，用于将正向经过的45°偏振光信号变为水平偏振，以及将反向经过的水平偏振光信号变为45°偏振。
优选地，所述光传输模块包括第四偏振分束器和第一法拉第旋转器，所述第四偏振分束器的第一端口与第一法拉第旋转器的输入端口通过保偏光纤相连；所述第一法拉第旋转器的偏振旋转角度为45°，其输入端口和输出端口的偏振方向均与保偏光纤慢轴对准，用于使沿保偏光纤慢轴从其输入端口入射的光脉冲，在从其输出端口出射时仍沿保偏光纤慢轴传输，以及使沿保偏光纤慢轴从其输出端口入射的光脉冲，在从其输入端口出射时沿保偏光纤快轴传输；
所述第四偏振分束器的第二端口、第三端口和第一法拉第旋转器的输出端口分别作为光传输模块的第一端口、第三端口和第二端口。
优选地，所述正交偏振干涉仪包括第五偏振分束器、第二法拉第反射镜和第三法拉第反射镜，
所述第五偏振分束器的第三端口和第四端口分别连接第二法拉第反射镜和第三法拉第反射镜；所述第五偏振分束器的第一端口和第二端口分别作为正交偏振干涉仪的输入端口和输出端口；
所述第五偏振分束器用于使输入至其第一端口的45°线偏振光信号的水平偏振分量直接透射到其第二端口输出，产生第一光信号；以及使45°线偏振光信号的竖直偏振分量反射到其第三端口变为水平偏振的第二光信号；
所述第二法拉第反射镜和第三法拉第反射镜用于反射第二光信号，使其从第五偏振分束器的第二端口出射时变为竖直偏振，并比第一光信号延迟预设的时间差。
优选地，所述正交偏振干涉仪包括第六偏振分束器，所述第六偏振分束器的第三端口和第四端口通过保偏光纤连接，其第一端口和第二端口分别作为正交偏振干涉仪的输入端口和输出端口；
所述第六偏振分束器用于使输入至其第一端口的45°线偏振光信号的水平偏振分量直接透射到其第二端口输出，产生第一光信号；以及使45°线偏振光信号的竖直偏振分量反射到其第三端口变为水平偏振的第二光信号；
所述第六偏振分束器还用于使从其第四端口入射的水平偏振第二光信号反射至其第二端口出射，使第二光信号变为竖直偏振，并比第一光信号延迟预设的时间差。
优选地，所述调相模块包括第二环形器、第二调相器、第三调相器、第四法拉第反射镜和第五法拉第反射镜，
所述第二环形器为四端口环形器，用于将从其第一端口入射的光信号传输至第二端口出射、从其第二端口入射的光信号传输至第三端口出射、从其第三端口入射的光信号传输至第四端口出射，以及从其第四端口入射的光信号传输至第一端口出射；所述第二环形器的第一端口和第三端口分别与正交偏振干涉仪的输出端口和光纤信道相连；
所述第四法拉第反射镜、第二调相器分别用于将第一光信号和第二光信号反射并旋转90°偏振、调制二者之间的相位差；
所述第五法拉第反射镜、第三调相器分别用于将从光纤信道返回的第一光信号和第二光信号反射并旋转90°偏振、调制二者之间的相位差。
优选地，所述调相模块包括第二环形器、第七偏振分束器、第八偏振分束器、第四调相器和第五调相器，
所述第二环形器为四端口环形器，用于将从其第一端口入射的光信号传输至第二端口出射、从其第二端口入射的光信号传输至第三端口出射、从其第三端口入射的光信号传输至第四端口出射，以及从其第四端口入射的光信号传输至第一端口出射；所述第二环形器的第一端口和第三端口分别与正交偏振干涉仪的输出端口和光纤信道相连；
所述第七偏振分束器的两个输出端口分别通过等长的保偏光纤连接第四调相器的两端，构成第一环形结构，用于将光信号经过第四调相器后从第七偏振分束器出射时偏振旋转90°，来调制第一光信号和第二光信号之间的相位差，并使二者反射后偏振均旋转90°；
所述第八偏振分束器的两个输出端口分别通过等长的保偏光纤连接第五调相器的两端，构成第二环形结构，用于将光信号经过第五调相器位后从第八偏振分束器出射时偏振旋转90°，来调制从光纤信道返回的第一光信号和第二光信号之间的相位差，并使二者反射后偏振均旋转90°。
优选地，所述反射式偏振自补偿模块包括第九偏振分束器和第六法拉第反射镜，所述第九偏振分束器的第二端口连接第六法拉第反射镜，第三端口和第四端口通过保偏光纤相连。
优选地，所述反射式偏振自补偿模块包括第十偏振分束器和第二法拉第旋转器，所述第十偏振分束器的两个输出端口分别通过保偏光纤连接第二法拉第旋转器的两端，构成第三环形结构；所述第二法拉第旋转器的偏振旋转角度为90°，其两端的偏振方向均与保偏光纤慢轴对准。
优选地，所述窃听检测模块通过波分复用的方式部署在第一通信方，所述反射式偏振自补偿模块通过波分复用的方式部署在第二通信方。
优选地，所述第二通信方还包括有窃听定位模块，用于通过时域反射技术定位待测光纤信道中窃听发生的位置。
本发明还提出了一种光纤信道窃听检测演示系统，包括发送方、接收方、光纤信道和窃听装置，所述发送方与接收方通过光纤信道连接，所述窃听装置接入到光纤信道的预设位置，
所述发送方包括演示视频、第一计算机、第一显示设备、光发射机、窃听检测模块和第一波分复用器，
所述第一计算机用于播放所述演示视频，并通过第一显示设备显示出来，以及将演示视频发送给接收方；所述光发射机用于将第一计算机发送的演示视频的电信号转换成光信号；所述窃听检测模块用于向接收方发送调制量子态光信号，并接收经接收方反射的量子态光信号进行解调，判定信道是否存在窃听；所述第一波分复用器用于将光发射机发出的经典光信号与窃听检测模块发出的量子态光信号波分复用到光纤信道中；
所述接收方包括第二计算机、第二显示设备、第一光接收机、窃听定位模块、反射式偏振自补偿模块和第二波分复用器，
所述第二波分复用器用于将光纤信道中的经典光信号与量子态光信号进行解波分复用，分别对应传输到第一光接收机和反射式偏振自补偿模块；所述反射式偏振自补偿模块用于反射量子态光信号，并自动补偿其偏振变化；所述第一光接收机用于将经典光信号转换为电信号；所述窃听定位模块用于通过第二波分复用器向光纤信道发射脉冲光信号，并测量所述脉冲光信号的背向散射回波光信号的时域特性，确定窃听位置；所述第二计算机用于将第一光接收机输出的电信号转换为视频进行播放，并通过第二显示设备显示出来；
所述窃听装置包括光纤耦合夹、第二光接收机、第三计算机和第三显示设备，所述光纤耦合夹用于在夹持状态时将光纤中的部分光信号耦合输出，在非夹持状态时无光信号输出；所述第二光接收机用于将光纤耦合夹输出的经典光信号转换为电信号；所述第三计算机用于接收窃听定位模块的输出结果，并将第二光接收机输出的电信号转换为视频进行播放，通过第三显示设备显示出来。
与现有技术相比，本发明有以下有益效果：
本发明提出一种光纤信道窃听检测装置，通过在通信发送方和接收方分别部署窃听检测模块和反射式偏振自补偿模块，使发送方发射的量子态通过光纤信道传输后经接收方反射回发送方进行测量，根据测量结果判定信道是否存在窃听，不仅可以自动补偿信道偏振变换，还能自动补偿收发光路中的相位变化，并且接收端的模块为简单的被动器件，无需进行主动控制以及与发送方进行通信，因此不会增加接收方的复杂度和功耗，不会额外占用通信带宽。
附图说明
图1为本发明一种光纤信道窃听检测装置的原理框图；
图2为本发明一种光纤信道窃听检测装置第一实施例的原理框图；
图3为本发明一种光纤信道窃听检测装置第二实施例的原理框图；
图4为本发明一种光纤信道窃听检测装置第三实施例的原理框图
图5为本发明一种光纤信道窃听检测演示系统原理图。
图中：窃听检测模块100，激光器110，可调衰减器120，光传输模块130，第一环形器131，光束偏移器132，法拉第旋光片133，半波片134，第四偏振分束器135，第一法拉第旋转器136，第一偏振分束器140，正交偏振干涉仪150，第二偏振分束器151，第三偏振分束器152，第五偏振分束器153，第二法拉第反射镜154，第三法拉第反射镜155，第六偏振分束器156，调相模块160，第一调相器161，第二环形器162，第二调相器163，第三调相器164，第四法拉第反射镜165，第五法拉第反射镜166，第七偏振分束器167，第八偏振分束器168，第四调相器169，第五调相器1611，第一单光子探测器170，第二单光子探测器180，主控模块190，反射式偏振自补偿模块200，第一法拉第反射镜210，第九偏振分束器220，第六法拉第反射镜230，第十偏振分束器240，第二法拉第旋转器250。
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，本发明提出一种光纤信道窃听检测装置，包括分别通过预设复用方式连接在待检测光纤信道两端的窃听检测模块100和反射式偏振自补偿模块200，所述窃听检测模块100包括激光器110、可调衰减器120、光传输模块130、第一偏振分束器140、正交偏振干涉仪150、调相模块160、第一单光子探测器170、第二单光子探测器180、主控模块190以及报警器，所述激光器110依次连接可调衰减器120、光传输模块130、第一偏振分束器140以及正交偏振干涉仪150，所述主控模块190分别连接激光器110、正交偏振干涉仪150、调相模块160、第一单光子探测器170、第二单光子探测器180以及报警器，
所述窃听检测模块100内部的光纤均为保偏光纤；
所述激光器110用于产生水平偏振的光脉冲；
所述可调衰减器120用于将所述光脉冲衰减到预设的强度；
所述光传输模块130用于将从其第一端口输入的经过衰减的光脉冲传输至其第二端口输出；
所述第一偏振分束器140的第二端口与光传输模块130的第二端口相连，第一端口与正交偏振干涉仪150的输入端口通过保偏光纤45°熔接后相连，用于将从其第二端口入射的水平偏振光脉冲透射到其第一端口，并从45°熔接点后输出45°线偏振的光脉冲；
所述正交偏振干涉仪150具有长短臂，用于将入射至其输入端口的光脉冲进行偏振分束，并从其输出端口输出幅度相等、偏振相互垂直、且具有预设时间差的第一光信号和第二光信号；
所述调相模块160用于调制第一光信号和第二光信号之间的相位差，使二者整体成为单光子量级的量子态光信号，并将该量子态光信号输出至待检测光纤信道；
所述反射式偏振自补偿模块200用于将通过待测光纤信道传输并通过预设复用方式解复用后的量子态信号进行反射，并使输出的量子态光信号偏振态旋转90°，用于对光纤信道进行偏振自补偿；
所述调相模块160还用于调制经反射式偏振自补偿模块200反射的量子态光信号中的第一光信号和第二光信号之间的相位差；
所述正交偏振干涉仪150还用于将返回的经调相模块160调制的量子态中第一光信号和第二光信号进行偏振干涉，产生第三光信号；
所述第一偏振分束器140还用于将从其第一端口入射的经过45°偏振旋转的第三光信号进行偏振分束，产生分别从其第二端口和第三端口出射的第一干涉光和第二干涉光；
所述光传输模块130还用于将从其第二端口入射的第一干涉光传输至其第三端口出射；
所述第一单光子探测器170和第二单光子探测器180分别用于探测第一干涉光和第二干涉光；
所述主控模块190用于触发激光器110、驱动调相模块160、为第一单光子探测器170和第二单光子探测器180提供门控信号并采集二者输出的计数进行处理，以及根据所述计数和调相模块160的调制和解调信息得到光子计数变化率和量子比特误码率两种指标，并当所述两种指标中至少一种大于相应的预设阈值时，判定信道存在窃听并触发报警器。
具体工作过程如下：
主控模块190首先触发激光器110产生水平偏振的脉冲光信号，经过可调衰减器120衰减到单光子量级后进入光传输模块130的第一端口，从其第二端口出射，随后进入第一偏振分束器140的第二端口，从其第一端口透射，经过45°光纤熔接点后偏振变为45°偏振。
45°偏振的光脉冲进入正交偏振干涉仪150，首先被偏振分束成第一光信号和第二光信号，二者分别走正交偏振干涉仪150的短臂和长臂，随后从其输出端口输出，分别为量子态的时间模式0和时间模式1，二者的幅度相等、偏振相互垂直、且具有预设的时间差。
第一光信号为水平偏振的时间模式0，位于前一个时间窗口，可写为
，第二光信号为竖直偏振的时间模式1，位于后一个时间窗口，可写为
，二者先后经过调相模块160，使得二者之间的相位差被随机调制为
=0,π/2,π,3π/2中的一种，产生单光子量级的相位调制量子态发送到待测光纤信道中，可写为
经过信道传输后，量子态进入到接收方的反射式偏振自补偿模块200，被其反射并输出后偏振态旋转90°，再次经光纤信道传输后返回发送方，此时量子态的偏振与从发送方出射时相互垂直，可写为
即反射式偏振自补偿模块200实现了对光纤信道进行偏振自补偿。
返回的量子态反向经过调相模块160后，由于第一光信号和第二光信号的偏振态均旋转了90°，二者在进入干涉仪时，第一光信号和第二光信号分量之间的相位差再次被调相模块160随机调制为0，π/2中的一种。由于量子态制备和测量均在发送方，可以省去对基过程，即对接收到的量子态调制的相位基矢与该量子态制备时的基矢相同，其中，当量子态制备时调制的相位差为0或π，对接收到的量子态解调时调制的相位差为0；当量子态制备时调制的相位差为π/2或3π/2，对接收到的量子态解调时调制的相位差为π/2。此时量子态变为
随后量子态反向进入正交偏振干涉仪150，由于第一光信号和第二光信号的偏振态均旋转了90°，二者在干涉仪内分别走长臂和短臂。由此可见，第一光信号和第二光信号两次经过干涉仪时所走路径分别为“短臂+长臂”和“长臂+短臂”，因此二者所走的光程完全相同，从而保证了二者同时到达第二偏振分束器151，且在干涉仪内经历了相同的相位变化，使得二者之间的相位差只与第一调相器161调制的相位差有关，无需进行相位补偿。
实现第一光信号和第二光信号分量之间的偏振干涉，并从干涉仪的输入端口输出偏振干涉结果为
其中，
为调相模块160两次调制相位的差。经过45°偏振旋转之后变为
随后进入第一偏振分束器140被偏振分束，产生第一干涉光和第二干涉光，分别从第一偏振分束器140的第二端口和第三端口出射，二者的归一化强度可分别写为
其中，第一干涉光进入光传输模块130的第二端口，从其第三端口出射，最终进入第一单光子探测器170；第二干涉光则直接进入第二单光子探测器180。当调相模块160调制解调不同的相位差时可以得到不同的探测器响应结果。
主控模块190采集每个量子态对应的第一单光子探测器170和第二单光子探测器180输出的计数，并记录调相模块160相应的调制和解调信息，可以得到
时的光子计数率
，从而获得总接收光子计数率和量子比特误码率，可分别写为
当信道存在窃听时，会导致信道损耗增大，并改变信道中的量子态，使光子计数率降低，量子比特误码率升高。当光子计数的变化率和/或量子比特误码率超过预设的阈值时，主控模块190判定信道存在窃听并触发报警器发出警报。
如图2所示，本发明一种光纤信道窃听检测装置实施例一：
所述光纤信道窃听检测装置的结构为：所述光传输模块130包括第一环形器131，所述第一环形器131为三端口环形器，其第一端口、第二端口和第三端口分别作为光传输模块130第一端口、第二端口和第三端口，用于将从其第一端口入射的光信号传输至其第二端口出射，并将从其第二端口入射的光信号传输至其第三端口出射；
所述正交偏振干涉仪150包括第二偏振分束器151和第三偏振分束器152，所述第二偏振分束器151的两个输出端口分别通过长度不同的保偏光纤与第三偏振分束器152的两个输出端口相连，分别构成所述干涉仪的长臂和短臂；
所述调相模块160包括第一调相器161，所述第一调相器161为高速双偏振调相器；
所述反射式偏振自补偿模块200包括第一法拉第反射镜210。
实施例一的具体工作过程如下：
主控模块190首先触发激光器110产生水平偏振的脉冲光信号，经过可调衰减器120衰减到单光子量级后进入第一环形器131的第一端口，从其第二端口出射，随后进入第一偏振分束器140的第二端口，从其第一端口透射，经过45°光纤熔接点后偏振变为45°偏振。
45°偏振的光脉冲进入第二偏振分束器151，首先被偏振分束，产生第一光信号和第二光信号，二者分别走干涉仪的短臂和长臂后先后到达第三偏振分束器152的两个输出端口，然后先后从第三偏振分束器152的输入端口出射，分别变为量子态的时间模式0和时间模式1，二者的幅度相等、偏振相互垂直、且具有预设的时间差。
第一光信号为水平偏振的时间模式0，位于前一个时间窗口，可写为
，第二光信号为竖直偏振的时间模式1，位于后一个时间窗口，可写为
，二者先后经过第一调相器161，使得二者之间的相位差被随机调制为
=0,π/2,π,3π/2中的一种，产生单光子量级的相位调制量子态发送到待测光纤信道中，可写为
经过信道传输后，量子态进入到接收方的第一法拉第反射镜210，经其作用后输出的量子态为
可以看出，量子态经过第一法拉第反射镜210被其反射并输出后偏振态旋转90°，再次经光纤信道传输后返回发送方，此时量子态的偏振与从发送方出射时相互垂直，可写为
即反射式偏振自补偿模块200实现了对光纤信道进行偏振自补偿。
返回的量子态反向经过调相模块160后，第一光信号和第二光信号分量之间的相位差再次被第一调相器161随机调制为0，π/2中的一种。由于量子态制备和测量均在发送方，可以省去对基过程，即对接收到的量子态调制的相位基矢与该量子态制备时的基矢相同，其中，当量子态制备时调制的相位差为0或π，对接收到的量子态解调时调制的相位差为0；当量子态制备时调制的相位差为π/2或3π/2，对接收到的量子态解调时调制的相位差为π/2。此时量子态变为
随后量子态进入第三偏振分束器152的输入端口，其中第一光信号为前一个时间模式，其偏振态为竖直偏振，被第三偏振分束器152反射进入干涉仪的长臂；第二光信号为后一个时间模式，其偏振态为水平偏振，被第三偏振分束器152透射进入干涉仪的短臂。由此可见，第一光信号和第二光信号两次经过干涉仪时所走路径分别为“短臂+长臂”和“长臂+短臂”，因此二者所走的光程完全相同，从而保证了二者同时到达第二偏振分束器151，且在干涉仪内经历了相同的相位变化，使得二者之间的相位差只与第一调相器161调制的相位差有关，无需进行相位补偿。
第一光信号和第二光信号分量在第二偏振分束器151处进行偏振干涉，从其输入端口输出偏振干涉结果为
其中，
为第一调相器161两次调制相位的差。经过45°偏振旋转之后变为
随后进入第一偏振分束器140被偏振分束，产生第一干涉光和第二干涉光，分别从第一偏振分束器140的第二端口和第三端口出射，二者的归一化强度可分别写为
其中，第一干涉光进入第一环形器131的第二端口，从其第三端口出射，最终进入第一单光子探测器170；第二干涉光则直接进入第二单光子探测器180。当调相模块160调制解调不同的相位差时可以得到不同的探测器响应结果。
主控模块190采集每个量子态对应的第一单光子探测器170和第二单光子探测器180输出的计数，并记录调相模块160相应的调制和解调信息，可以得到
时的光子计数率
，从而获得总接收光子计数率和量子比特误码率，可分别写为
当信道存在窃听时，会导致信道损耗增大，并改变信道中的量子态，使光子计数率降低，量子比特误码率升高。当光子计数的变化率和/或量子比特误码率超过预设的阈值时，主控模块190判定信道存在窃听并触发报警器发出警报。
如图3所示，本发明一种光纤信道窃听检测装置实施例二：
所述光纤信道窃听检测装置的结构为：所述光传输模块130包括集成封装的光束偏移器132、法拉第旋光片133和半波片134，所述光束偏移器132用于将从光传输模块130的第一端口入射的水平偏振光信号直线通过，以及用于将沿与水平偏振光信号相反的方向入射的竖直偏振光信号偏移一定距离后从光传输模块130的第三端口出射；
所述法拉第旋光片133的偏振旋转角度为45°，用于将正向经过的水平偏振光信号变为45°偏振，以及将反向经过的45°偏振光信号变为竖直偏振；
所述半波片134的主轴方向与水平方向夹角为22.5°，用于将正向经过的45°偏振光信号变为水平偏振，以及将反向经过的水平偏振光信号变为45°偏振；
所述正交偏振干涉仪150包括第五偏振分束器153、第二法拉第反射镜154和第三法拉第反射镜155，
所述第五偏振分束器153的第三端口和第四端口分别连接第二法拉第反射镜154和第三法拉第反射镜155；所述第五偏振分束器153的第一端口和第二端口分别作为正交偏振干涉仪150的输入端口和输出端口；
所述第五偏振分束器153用于使输入至其第一端口的45°线偏振光信号的水平偏振分量直接透射到其第二端口输出，产生第一光信号；以及使45°线偏振光信号的竖直偏振分量反射到其第三端口变为水平偏振的第二光信号；
所述第二法拉第反射镜154和第三法拉第反射镜155用于反射第二光信号，使其从第五偏振分束器153的第二端口出射时变为竖直偏振，并比第一光信号延迟预设的时间差。
所述调相模块160包括第二环形器162、第二调相器163、第三调相器164、第四法拉第反射镜165和第五法拉第反射镜166，
所述第二环形器162为四端口环形器，用于将从其第一端口入射的光信号传输至第二端口出射、从其第二端口入射的光信号传输至第三端口出射、从其第三端口入射的光信号传输至第四端口出射，以及从其第四端口入射的光信号传输至第一端口出射；所述第二环形器162的第一端口和第三端口分别与正交偏振干涉仪150的输出端口和光纤信道相连；
所述第四法拉第反射镜165、第二调相器163分别用于将第一光信号和第二光信号反射并旋转90°偏振、调制二者之间的相位差；
所述第五法拉第反射镜166、第三调相器164分别用于将从光纤信道返回的第一光信号和第二光信号反射并旋转90°偏振、调制二者之间的相位差。
所述反射式偏振自补偿模块200包括第九偏振分束器220和第六法拉第反射镜230，所述第九偏振分束器220的第二端口连接第六法拉第反射镜230，第三端口和第四端口通过保偏光纤相连。
实施例二的具体工作过程如下：
主控模块190首先触发激光器110产生水平偏振的脉冲光信号，经过可调衰减器120衰减到单光子量级后进入光传输模块130的第一端口，首先直线经过光束偏移器132不发生偏移，出射后被法拉第旋光片133旋转45°变为45°偏振，随后经半波片134旋转45°变为水平偏振，从光传输模块130的第二端口出射，进入第一偏振分束器140的第二端口，从其第一端口透射，经过45°光纤熔接点后偏振变为45°偏振。
45°偏振的光脉冲进入第五偏振分束器153，首先被偏振分束，产生第一光信号和第二光信号，其中第一光信号为水平偏振，直接从第五偏振分束器153的第二端口透射，相当于正交偏振干涉仪150的短臂为0。第二光信号则被反射到第五偏振分束器153的第三端口，沿保偏光纤慢轴传播，到达第三法拉第反射镜155被反射，沿保偏光纤快轴传播，被第五偏振分束器153透射到其第四端口，沿保偏光纤快轴传播。然后经过第二法拉第反射镜154被反射，变为沿保偏光纤慢轴传播，最后被第五偏振分束器153反射到其第二端口出射，变为竖直偏振。第五偏振分束器153的第三端口和第四端口分别与第二法拉第反射镜154的第三法拉第反射镜155之间的光纤长度之和的2倍为干涉仪的长臂。因此，第一光信号和第二光信号分别走干涉仪的短臂和长臂后先后从第五偏振分束器153的第二端口出射，分别变为量子态的时间模式0和时间模式1，二者的幅度相等、偏振相互垂直、且具有预设的时间差。
第一光信号为水平偏振的时间模式0，位于前一个时间窗口，可写为
，第二光信号为竖直偏振的时间模式1，位于后一个时间窗口，可写为
。二者先后进入第二环形器162的第一端口，从其第二端口出射，经第二调相器163到达第四法拉第反射镜165被反射后再次经过第二调相器163，量子态两次经过第二调相器163时调制电压不变，使得二者之间的相位差被随机调制为
=0,π/2,π,3π/2中的一种，随后从第二环形器162的第三端口出射，产生单光子量级的相位调制量子态发送到待测光纤信道中，可写为
经过信道传输后，量子态进入到接收方的第九偏振分束器220的第一端口，其水平偏振分量从第二端口透射，到达第六法拉第反射镜230后被反射，变为竖直偏振分量，回到第九偏振分束器220被其反射到第四端口，沿保偏光纤慢轴传播到达第三端口后从第一端口出射，变为竖直偏振；量子态的竖直偏振分量被反射到第九偏振分束器220的第三端口，沿保偏光纤慢轴传播到达第四端口后被反射到第二端口，变为竖直偏振，经第六法拉第反射镜230反射后变为水平偏振，最后从第九偏振分束器220的第一端口出射，为水平偏振。因此，量子态的水平偏振分量和竖直偏振分量经第九偏振分束器220和第六法拉第反射镜230构成的反射式偏振自补偿模块200作用后偏振均旋转了90°，其输出的量子态为
量子态再次经光纤信道传输后返回发送方，此时量子态的偏振与从发送方出射时相互垂直，可写为
即反射式偏振自补偿模块200实现了对光纤信道进行偏振自补偿。
返回的量子态首先进入第二环形器162的第三端口，从其第四端口出射，经第三调相器164到达第五法拉第反射镜166被反射后再次经过第三调相器164，量子态两次经过第三调相器164时调制电压不变，使得第一光信号和第二光信号分量之间的相位差被第三调相器164随机调制为0，π/2中的一种。由于量子态制备和测量均在发送方，可以省去对基过程，即对接收到的量子态调制的相位基矢与该量子态制备时的基矢相同，其中，当量子态制备时调制的相位差为0或π，对接收到的量子态解调时调制的相位差为0；当量子态制备时调制的相位差为π/2或3π/2，对接收到的量子态解调时调制的相位差为π/2。此时量子态变为
随后量子态进入第五偏振分束器153的第二端口，其中第一光信号为前一个时间模式，其偏振态为竖直偏振，被第五偏振分束器153反射到第四端口，经第二法拉第反射镜154反射后经第五偏振分束器153的第四端口到达第三端口，再经第三法拉第反射镜155反射后从第五偏振分束器153的第三端口到达第一端口，其所走的路径为干涉仪的长臂；第二光信号为后一个时间模式，其偏振态为水平偏振，被第五偏振分束器153直接透射到第一端口，其所走路径为干涉仪的短臂。由此可见，第一光信号和第二光信号两次经过干涉仪时所走路径分别为“短臂+长臂”和“长臂+短臂”，因此二者所走的光程完全相同，从而保证了二者同时到达第二偏振分束器151，且在干涉仪内经历了相同的相位变化，使得二者之间的相位差只与第一调相器161调制的相位差有关，无需进行相位补偿。
第一光信号和第二光信号分量在第五偏振分束器153处进行偏振干涉，从其第一端口输出偏振干涉结果为
其中，
为第二调相器163和第三调相器164调制相位的差。经过45°偏振旋转之后变为
随后进入第一偏振分束器140被偏振分束，产生第一干涉光和第二干涉光，分别从第一偏振分束器140的第二端口和第三端口出射，二者的归一化强度可分别写为
其中，第一干涉光为水平偏振，进入光传输模块130的第二端口，首先其偏振被半波片134旋转45°变为45°偏振，随后经过法拉第旋光片133继续旋转45°变为竖直偏振，进入光束偏移器132后传播方向发生偏移，从光传输模块130的第三端口出射，最终进入第一单光子探测器170；第二干涉光则直接进入第二单光子探测器180。当第二调相器163和第三调相器164调制不同的相位差时可以得到不同的探测器响应结果。
主控模块190采集每个量子态对应的第一单光子探测器170和第二单光子探测器180输出的计数，并记录第二调相器163和第三调相器164相应的调制和解调信息，可以得到
时的光子计数率
，从而获得总接收光子计数率和量子比特误码率，可分别写为
当信道存在窃听时，会导致信道损耗增大，并改变信道中的量子态，使光子计数率降低，量子比特误码率升高。当光子计数的变化率和/或量子比特误码率超过预设的阈值时，主控模块190判定信道存在窃听并触发报警器发出警报。
如图4所示，本发明一种光纤信道窃听检测装置实施例三：
所述光纤信道窃听检测装置的结构为：所述光传输模块130包括第四偏振分束器135和第一法拉第旋转器136，所述第四偏振分束器135的第一端口与第一法拉第旋转器136的输入端口通过保偏光纤相连；所述第一法拉第旋转器136的偏振旋转角度为45°，其输入端口和输出端口的偏振方向均与保偏光纤慢轴对准，用于使沿保偏光纤慢轴从其输入端口入射的光脉冲，在从其输出端口出射时仍沿保偏光纤慢轴传输，以及使沿保偏光纤慢轴从其输出端口入射的光脉冲，在从其输入端口出射时沿保偏光纤快轴传输；
所述第四偏振分束器135的第二端口、第三端口和第一法拉第旋转器136的输出端口分别作为光传输模块130的第一端口、第三端口和第二端口。
所述正交偏振干涉仪150包括第六偏振分束器156，所述第六偏振分束器156的第三端口和第四端口通过保偏光纤连接，其第一端口和第二端口分别作为正交偏振干涉仪150的输入端口和输出端口；
所述第六偏振分束器156用于使输入至其第一端口的45°线偏振光信号的水平偏振分量直接透射到其第二端口输出，产生第一光信号；以及使45°线偏振光信号的竖直偏振分量反射到其第三端口变为水平偏振的第二光信号；
所述第六偏振分束器156还用于使从其第四端口入射的水平偏振第二光信号反射至其第二端口出射，使第二光信号变为竖直偏振，并比第一光信号延迟预设的时间差。
所述调相模块160包括第二环形器162、第七偏振分束器167、第八偏振分束器168、第四调相器169和第五调相器1611，
所述第二环形器162为四端口环形器，用于将从其第一端口入射的光信号传输至第二端口出射、从其第二端口入射的光信号传输至第三端口出射、从其第三端口入射的光信号传输至第四端口出射，以及从其第四端口入射的光信号传输至第一端口出射；所述第二环形器162的第一端口和第三端口分别与正交偏振干涉仪150的输出端口和光纤信道相连；
所述第七偏振分束器167的两个输出端口分别通过等长的保偏光纤连接第四调相器169的两端，构成第一环形结构，用于将光信号经过第四调相器169后从第七偏振分束器167出射时偏振旋转90°，来调制第一光信号和第二光信号之间的相位差，并使二者反射后偏振均旋转90°；
所述第八偏振分束器168的两个输出端口分别通过等长的保偏光纤连接第五调相器1611的两端，构成第二环形结构，用于将光信号经过第五调相器1611位后从第八偏振分束器168出射时偏振旋转90°，来调制从光纤信道返回的第一光信号和第二光信号之间的相位差，并使二者反射后偏振均旋转90°。
所述反射式偏振自补偿模块200包括第十偏振分束器240和第二法拉第旋转器250，所述第十偏振分束器240的两个输出端口分别通过保偏光纤连接第二法拉第旋转器250的两端，构成第三环形结构；所述第二法拉第旋转器250的偏振旋转角度为90°，其两端的偏振方向均与保偏光纤慢轴对准。
实施例三的具体工作过程如下：
主控模块190首先触发激光器110产生水平偏振的脉冲光信号，经过可调衰减器120衰减到单光子量级后进入第四偏振分束器135的第二端口，从其第一端口透射后沿保偏光纤慢轴传播，进入第一法拉第旋转器136偏振旋转45°后仍沿保偏光纤慢轴传播，随后进入第一偏振分束器140的第二端口，从其第一端口透射，经过45°光纤熔接点后偏振变为45°偏振。
45°偏振的光脉冲进入第六偏振分束器156，首先被偏振分束，产生第一光信号和第二光信号，其中第一光信号为水平偏振，直接从第六偏振分束器156的第二端口透射，相当于正交偏振干涉仪150的短臂为0。第二光信号则被反射到第六偏振分束器156的第三端口，沿保偏光纤慢轴传播到达第四端口，被第六偏振分束器156透射到其第二端口出射，变为竖直偏振。连接第六偏振分束器156第三端口和第四端口的光纤为干涉仪的长臂。因此，第一光信号和第二光信号分别走干涉仪的短臂和长臂后先后从第六偏振分束器156的第二端口出射，分别变为量子态的时间模式0和时间模式1，二者的幅度相等、偏振相互垂直、且具有预设的时间差。
第一光信号为水平偏振的时间模式0，位于前一个时间窗口，可写为
，第二光信号为竖直偏振的时间模式1，位于后一个时间窗口，可写为
。二者先后进入第二环形器162的第一端口，从其第二端口出射。第一光信号和第二光信号在第一环形结构内分别沿相反的方向经过第四调相器169后，从第七偏振分束器167出射时偏振均旋转90°。其中第一光信号经过第四调相器169时不调相，第二光信号经过第四调相器169时进行调相，使得二者之间的相位差被随机调制为
=0,π/2,π,3π/2中的一种，随后从第二环形器162的第三端口出射，产生单光子量级的相位调制量子态发送到待测光纤信道中，可写为
经过信道传输后，量子态进入到接收方的第十偏振分束器240的输入端口，其水平偏振分量透射后，在第三环形结构内顺时针沿保偏光纤慢轴传播，经过第二法拉第旋转器250旋转90°后仍沿保偏光纤慢轴传播，随后从第十偏振分束器240的输入端口出射，变为竖直偏振；量子态的竖直偏振分量在第三环形结构内逆时针沿保偏光纤慢轴传播，经过第二法拉第旋转器250旋转90°后仍沿保偏光纤慢轴传播，随后从第十偏振分束器240的输入端口出射，变为水平偏振。因此，量子态的水平偏振分量和竖直偏振分量经第十偏振分束器240和第二法拉第旋转器250构成的反射式偏振自补偿模块200作用后偏振均旋转了90°，其输出的量子态为
量子态再次经光纤信道传输后返回发送方，此时量子态的偏振与从发送方出射时相互垂直，可写为
即反射式偏振自补偿模块200实现了对光纤信道进行偏振自补偿。
返回的量子态首先进入第二环形器162的第三端口，从其第四端口出射，进入第八偏振分束器168，在第二环形结构内被第五调相器1611调制相位，使得第一光信号和第二光信号分量之间的相位差随机调制为0，π/2中的一种。由于量子态制备和测量均在发送方，可以省去对基过程，即对接收到的量子态调制的相位基矢与该量子态制备时的基矢相同，其中，当量子态制备时调制的相位差为0或π，对接收到的量子态解调时调制的相位差为0；当量子态制备时调制的相位差为π/2或3π/2，对接收到的量子态解调时调制的相位差为π/2。此时量子态变为
随后量子态进入第六偏振分束器156的第二端口，其中第一光信号为前一个时间模式，其偏振态为竖直偏振，被第六偏振分束器156反射到第四端口，经保偏光纤传输后到达第六偏振分束器156的第三端口，从其第一端口出射，其所走的路径为干涉仪的长臂；第二光信号为后一个时间模式，其偏振态为水平偏振，被第六偏振分束器156直接透射到第一端口，其所走路径为干涉仪的短臂。由此可见，第一光信号和第二光信号两次经过干涉仪时所走路径分别为“短臂+长臂”和“长臂+短臂”，因此二者所走的光程完全相同，从而保证了二者同时到达第二偏振分束器151，且在干涉仪内经历了相同的相位变化，使得二者之间的相位差只与第一调相器161调制的相位差有关，无需进行相位补偿。
第一光信号和第二光信号分量在第六偏振分束器156处进行偏振干涉，从其第一端口输出偏振干涉结果为
其中，
为第四调相器169和第五调相器1611调制相位的差。经过45°偏振旋转之后变为
随后进入第一偏振分束器140被偏振分束，产生第一干涉光和第二干涉光，分别从第一偏振分束器140的第二端口和第三端口出射，二者的归一化强度可分别写为
其中，第一干涉光为水平偏振，沿保偏光纤慢轴传播，经第一法拉第旋转器136旋转45°偏振后沿保偏光纤快轴传播，被第四偏振分束器135反射到第三端口出射，最终进入第一单光子探测器170；第二干涉光则直接进入第二单光子探测器180。当第四调相器169和第五调相器1611调制不同的相位差时可以得到不同的探测器响应结果。
主控模块190采集每个量子态对应的第一单光子探测器170和第二单光子探测器180输出的计数，并记录调相模块160相应的调制和解调信息，可以得到
时的光子计数率
，从而获得总接收光子计数率和量子比特误码率，可分别写为
当信道存在窃听时，会导致信道损耗增大，并改变信道中的量子态，使光子计数率降低，量子比特误码率升高。当光子计数的变化率和/或量子比特误码率超过预设的阈值时，主控模块190判定信道存在窃听并触发报警器发出警报。
如图5所示，本发明光纤信道窃听检测演示系统：
光纤信道窃听检测演示系统包括发送方、接收方、光纤信道和窃听装置，所述发送方与接收方通过光纤信道连接，所述窃听装置接入到光纤信道的预设位置，
所述发送方包括演示视频、第一计算机、第一显示设备、光发射机、窃听检测模块100和第一波分复用器，
所述第一计算机用于播放所述演示视频，并通过第一显示设备显示出来，以及将演示视频发送给接收方；所述光发射机用于将第一计算机发送的演示视频的电信号转换成光信号；所述窃听检测模块100用于向接收方发送调制量子态光信号，并接收经接收方反射的量子态光信号进行解调，判定信道是否存在窃听；所述第一波分复用器用于将光发射机发出的经典光信号与窃听检测模块100发出的量子态光信号波分复用到光纤信道中；
所述接收方包括第二计算机、第二显示设备、第一光接收机、窃听定位模块、反射式偏振自补偿模块200和第二波分复用器，
所述第二波分复用器用于将光纤信道中的经典光信号与量子态光信号进行解波分复用，分别对应传输到第一光接收机和反射式偏振自补偿模块200；所述反射式偏振自补偿模块200用于反射量子态光信号，并自动补偿其偏振变化；所述第一光接收机用于将经典光信号转换为电信号；所述窃听定位模块用于通过第二波分复用器向光纤信道发射脉冲光信号，并测量所述脉冲光信号的背向散射回波光信号的时域特性，确定窃听位置；所述第二计算机用于将第一光接收机输出的电信号转换为视频进行播放，并通过第二显示设备显示出来；
所述窃听装置包括光纤耦合夹、第二光接收机、第三计算机和第三显示设备，所述光纤耦合夹用于在夹持状态时将光纤中的部分光信号耦合输出，在非夹持状态时无光信号输出；所述第二光接收机用于将光纤耦合夹输出的经典光信号转换为电信号；所述第三计算机用于接收窃听定位模块的输出结果，并将第二光接收机输出的电信号转换为视频进行播放，通过第三显示设备显示出来。
具体工作过程如下：
在发送方，演示视频通过第一计算机播放，并通过第一显示设备显示出来。第一计算机将演示视频的电信号通过光发射机换成经典光信号后输入到第一波分复用器的一个波长输入端口。窃听检测模块100发射调制后量子态光信号输入到第一波分复用器的另一个波长输入端口。经典光信号和量子态光信号通过第一波分复用器进入同一个光纤信道中。
在接收方，经过信道传输的光信号通过第二波分复用器分离出经典光信号和量子光信号。经典光信号进入第一光接收机，被转换为演示视频的电信号，通过第二计算机进行播放，并通过第二显示设备显示出来。量子态光信号进入反射式偏振自补偿模块200后偏振旋转90°，被反射后通过第二波分复用器进入光纤信道。窃听定位模块发出波长与光发射机发射的经典光信号和窃听检测模块100发射量子态光信号均不同的脉冲光信号，通过第二波分复用器发射到光纤信道，测量所述脉冲光信号的背向散射回波光信号的时域特性，确定窃听位置，并向第二计算机输出窃听位置信息。
发送方接收经接收方反射的量子态光信号进入窃听检测模块100进行解调，判定信道是否存在窃听。
窃听装置通过光纤耦合夹接入到光纤信道中，当使光纤耦合夹处于夹持状态时，部分光信号从光纤信道的弯曲光纤部分泄露出来，耦合到光纤耦合夹并输出到第二光接收机，被其转换为演示视频的电信号后经第三计算机播放，并通过第三显示设备显示出来，实现了信道的窃听演示。
此时由于窃听装置的窃听行为，导致光纤信道的损耗变大，窃听检测模块100根据统计的光子计数变化率和量子比特误码率发生变化，超过了预设的阈值，判定信道中存在窃听，触发报警器报警，实现了信道的窃听检测演示。
当使光纤耦合夹处于非夹持状态时，光纤信道无光信号泄露，第二光接收机接收不到光信号，使得第三计算机和第三显示设备无视频显示。此时由于光纤信道中的光信号无变化，因此未改变窃听检测模块100所发送的量子态，统计的光子计数变化率和量子比特误码率保持稳定，判定信道中无窃听行为。
综合本发明实施例可知，本发明提出一种光纤信道窃听检测装置，通过在通信发送方和接收方分别部署窃听检测模块和反射式偏振自补偿模块，使发送方发射的量子态通过光纤信道传输后经接收方反射回发送方进行测量，根据测量结果判定信道是否存在窃听，不仅可以自动补偿信道偏振变换，还能自动补偿收发光路中的相位变化，并且接收端的模块为简单的被动器件，无需进行主动控制以及与发送方进行通信，因此不会增加接收方的复杂度和功耗，不会额外占用通信带宽。
Claims (12)
1.一种光纤信道窃听检测装置，其特征在于，包括连接在待检测光纤信道两端的窃听检测模块（100）和反射式偏振自补偿模块（200），所述窃听检测模块（100）包括：
激光器（110），用于产生水平偏振的光脉冲；
可调衰减器（120），用于将所述光脉冲衰减到预设的强度；
光传输模块（130），用于将从其第一端口输入的经过衰减的光脉冲传输至其第二端口输出；
第一偏振分束器（140），所述第一偏振分束器（140）的第二端口与光传输模块（130）的第二端口相连，第一端口与正交偏振干涉仪（150）的输入端口通过保偏光纤45°熔接后相连，用于将从其第二端口入射的水平偏振光脉冲透射到其第一端口，并从45°熔接点后输出45°线偏振的光脉冲；
正交偏振干涉仪（150），所述正交偏振干涉仪（150）具有长短臂，用于将入射至其输入端口的光脉冲进行偏振分束，并从其输出端口输出幅度相等、偏振相互垂直、且具有预设时间差的第一光信号和第二光信号；
调相模块（160），用于调制第一光信号和第二光信号之间的相位差，使二者整体成为单光子量级的量子态光信号，并将该量子态光信号输出至待检测光纤信道；
以及第一单光子探测器（170）、第二单光子探测器（180）、主控模块（190）、报警器；
所述反射式偏振自补偿模块（200）用于将通过待测光纤信道传输并通过预设复用方式解复用后的量子态信号进行反射，并使输出的量子态光信号偏振态旋转90°，用于对光纤信道进行偏振自补偿；
所述调相模块（160）还用于调制经反射式偏振自补偿模块（200）反射的量子态光信号中的第一光信号和第二光信号之间的相位差；
所述正交偏振干涉仪（150）还用于将返回的经调相模块（160）调制的量子态中第一光信号和第二光信号进行偏振干涉，产生第三光信号；
所述第一偏振分束器（140）还用于将从其第一端口入射的经过45°偏振旋转的第三光信号进行偏振分束，产生分别从其第二端口和第三端口出射的第一干涉光和第二干涉光；
所述光传输模块（130）还用于将从其第二端口入射的第一干涉光传输至其第三端口出射；
所述第一单光子探测器（170）和第二单光子探测器（180）分别用于探测第一干涉光和第二干涉光；
所述主控模块（190）用于触发激光器（110）、驱动调相模块（160）、为第一单光子探测器（170）和第二单光子探测器（180）提供门控信号并采集二者输出的计数进行处理，以及根据所述计数和调相模块（160）的调制和解调信息得到光子计数率和量子比特误码率两种指标，并当所述两种指标中至少一种大于相应的预设阈值时，判定信道存在窃听并触发报警器，
上述各器件的连接结构为：所述激光器（110）依次连接可调衰减器（120）、光传输模块（130）、第一偏振分束器（140）以及正交偏振干涉仪（150），所述主控模块（190）分别连接激光器（110）、正交偏振干涉仪（150）、调相模块（160）、第一单光子探测器（170）、第二单光子探测器（180）以及报警器。
2.如权利要求1所述的光纤信道窃听检测装置，其特征在于，所述光传输模块（130）包括第一环形器（131），所述第一环形器（131）为三端口环形器，其第一端口、第二端口和第三端口分别作为光传输模块（130）第一端口、第二端口和第三端口，用于将从其第一端口入射的光信号传输至其第二端口出射，并将从其第二端口入射的光信号传输至其第三端口出射；
所述正交偏振干涉仪（150）包括第二偏振分束器（151）和第三偏振分束器（152），所述第二偏振分束器（151）的两个输出端口分别通过长度不同的保偏光纤与第三偏振分束器（152）的两个输出端口相连，分别构成所述干涉仪的长臂和短臂；
所述调相模块（160）包括第一调相器（161），所述第一调相器（161）为高速双偏振调相器；
所述反射式偏振自补偿模块（200）包括第一法拉第反射镜（210）。
3.如权利要求1所述的光纤信道窃听检测装置，其特征在于，所述光传输模块（130）包括集成封装的光束偏移器（132）、法拉第旋光片（133）和半波片（134），所述光束偏移器（132）用于将从光传输模块（130）的第一端口入射的水平偏振光信号直线通过，以及用于将沿与水平偏振光信号相反的方向入射的竖直偏振光信号偏移后从光传输模块（130）的第三端口出射；
所述法拉第旋光片（133）的偏振旋转角度为45°，用于将正向经过的水平偏振光信号变为45°偏振，以及将反向经过的45°偏振光信号变为竖直偏振；
所述半波片（134）的主轴方向与水平方向夹角为22.5°，用于将正向经过的45°偏振光信号变为水平偏振，以及将反向经过的水平偏振光信号变为45°偏振。
4.如权利要求1所述的光纤信道窃听检测装置，其特征在于，所述光传输模块（130）包括第四偏振分束器（135）和第一法拉第旋转器（136），所述第四偏振分束器（135）的第一端口与第一法拉第旋转器（136）的输入端口通过保偏光纤相连；所述第一法拉第旋转器（136）的偏振旋转角度为45°，其输入端口和输出端口的偏振方向均与保偏光纤慢轴对准，用于使沿保偏光纤慢轴入射至其输入端口的光脉冲，在从其输出端口出射时仍沿保偏光纤慢轴传输，以及使沿保偏光纤慢轴入射至其输出端口的光脉冲，在从其输入端口出射时沿保偏光纤快轴传输；
所述第四偏振分束器（135）的第二端口、第三端口和第一法拉第旋转器（136）的输出端口分别作为光传输模块（130）的第一端口、第三端口和第二端口。
5.如权利要求1或3或4所述的光纤信道窃听检测装置，其特征在于，所述正交偏振干涉仪（150）包括第五偏振分束器（153）、第二法拉第反射镜（154）和第三法拉第反射镜（155），
所述第五偏振分束器（153）的第三端口和第四端口分别连接第二法拉第反射镜（154）和第三法拉第反射镜（155）；所述第五偏振分束器（153）的第一端口和第二端口分别作为正交偏振干涉仪（150）的输入端口和输出端口；
所述第五偏振分束器（153）用于使输入至其第一端口的45°线偏振光信号的水平偏振分量直接透射到其第二端口输出，产生第一光信号；以及使45°线偏振光信号的竖直偏振分量反射到其第三端口变为水平偏振的第二光信号；
所述第二法拉第反射镜（154）和第三法拉第反射镜（155）用于反射第二光信号，使其从第五偏振分束器（153）的第二端口出射时变为竖直偏振，并比第一光信号延迟预设的时间差。
6.如权利要求1或3或4所述的光纤信道窃听检测装置，其特征在于，所述正交偏振干涉仪（150）包括第六偏振分束器（156），所述第六偏振分束器（156）的第三端口和第四端口通过保偏光纤连接，其第一端口和第二端口分别作为正交偏振干涉仪（150）的输入端口和输出端口；
所述第六偏振分束器（156）用于使输入至其第一端口的45°线偏振光信号的水平偏振分量直接透射到其第二端口输出，产生第一光信号；以及使45°线偏振光信号的竖直偏振分量反射到其第三端口变为水平偏振的第二光信号；
所述第六偏振分束器（156）还用于使从其第四端口入射的水平偏振第二光信号反射至其第二端口出射，使第二光信号变为竖直偏振，并比第一光信号延迟预设的时间差。
7.如权利要求1或3或4所述的光纤信道窃听检测装置，其特征在于，所述调相模块（160）包括第二环形器（162）、第二调相器（163）、第三调相器（164）、第四法拉第反射镜（165）和第五法拉第反射镜（166），
所述第二环形器（162）为四端口环形器，用于将从其第一端口入射的光信号传输至第二端口出射、从其第二端口入射的光信号传输至第三端口出射、从其第三端口入射的光信号传输至第四端口出射，以及从其第四端口入射的光信号传输至第一端口出射；所述第二环形器（162）的第一端口和第三端口分别与正交偏振干涉仪（150）的输出端口和光纤信道相连；
所述第四法拉第反射镜（165）、第二调相器（163）分别用于将第一光信号和第二光信号反射并旋转90°偏振、以及调制二者之间的相位差；
所述第五法拉第反射镜（166）、第三调相器（164）分别用于将从光纤信道返回的第一光信号和第二光信号反射并旋转90°偏振、以及调制二者之间的相位差。
8.如权利要求1或3或4所述的光纤信道窃听检测装置，其特征在于，所述调相模块（160）包括第二环形器（162）、第七偏振分束器（167）、第八偏振分束器（168）、第四调相器（169）和第五调相器（1611），
所述第二环形器（162）为四端口环形器，用于将从其第一端口入射的光信号传输至第二端口出射、从其第二端口入射的光信号传输至第三端口出射、从其第三端口入射的光信号传输至第四端口出射，以及从其第四端口入射的光信号传输至第一端口出射；所述第二环形器（162）的第一端口和第三端口分别与正交偏振干涉仪（150）的输出端口和光纤信道相连；
所述第七偏振分束器（167）的两个输出端口分别通过等长的保偏光纤连接第四调相器（169）的两端，构成第一环形结构，用于将光信号经过第四调相器（169）后从第七偏振分束器（167）出射时偏振旋转90°，来调制第一光信号和第二光信号之间的相位差，并使二者反射后偏振均旋转90°；
所述第八偏振分束器（168）的两个输出端口分别通过等长的保偏光纤连接第五调相器（1611）的两端，构成第二环形结构，用于将光信号经过第五调相器（1611）位后从第八偏振分束器（168）出射时偏振旋转90°，来调制从光纤信道返回的第一光信号和第二光信号之间的相位差，并使二者反射后偏振均旋转90°。
9.如权利要求1所述的光纤信道窃听检测装置，其特征在于，所述反射式偏振自补偿模块（200）包括第九偏振分束器（220）和第六法拉第反射镜（230），所述第九偏振分束器（220）的第二端口连接第六法拉第反射镜（230），第三端口和第四端口通过保偏光纤相连。
10.如权利要求1所述的光纤信道窃听检测装置，其特征在于，所述反射式偏振自补偿模块（200）包括第十偏振分束器（240）和第二法拉第旋转器（250），所述第十偏振分束器（240）的两个输出端口分别通过保偏光纤连接第二法拉第旋转器（250）的两端，构成第三环形结构；所述第二法拉第旋转器（250）的偏振旋转角度为90°，其两端的偏振方向均与保偏光纤慢轴对准。
11.如权利要求1所述的光纤信道窃听检测装置，其特征在于，所述窃听检测模块（100）通过波分复用的方式部署在第一通信方，所述反射式偏振自补偿模块（200）通过波分复用的方式部署在第二通信方。
12.如权利要求11所述的光纤信道窃听检测装置，其特征在于，所述第二通信方还包括有窃听定位模块，用于通过时域反射技术定位待测光纤信道中窃听发生的位置。
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