CN116781264B - 一种基于内生量子随机数的量子密钥分发发送端 - Google Patents
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Abstract
本发明属于保密通信技术领域，公开了一种基于内生量子随机数的量子密钥分发发送端，包括激光器LD、第一偏振分束器PBS1、诱骗态调制模块、由第一分束器BS1、第二分束器BS2和单向延时模块构成的不等臂干涉仪、第一调相器PM1、可调光衰减器VOA、光电探测器PD和主控模块。与现有技术相比，本发明通过复用激光器LD和干涉仪，将随机数信号采集处理模块与QKD主控模块集成，可以实现量子随机数和量子密钥分发同时进行，降低了系统的复杂度和成本。无需降低量子态的脉冲重复频率，并且可以使间隔较远的光脉冲进行干涉，降低进行干涉的脉冲之间的相位相关性。采用光电探测器PD可实现高速量子随机数产生，能够满足量子密钥分发诱骗态调制和量子态编码的需求。
Description
技术领域
本发明涉及保密通信技术领域，特别涉及一种基于内生量子随机数的量子密钥分发发送端。
背景技术
量子密钥分发（quantum key distribution，QKD）可以为远距离的通信双方提供无条件安全的密钥分发，其信息理论安全性由量子力学的基本原理来保障。目前，BB84协议量子密钥分发系统日益成熟，已走向实用化。现有的QKD系统的发送端一般都采用独立的随机数发生器来产生用于诱骗态、量子态选择的随机数。其中一类常用的是各种物理随机数源，其速率较高，但是安全性差。若采用更高安全性的高速量子随机数发生器（quantumrandom number generator，QRNG），则需要额外的激光器、干涉仪或其他光器件以及独立的数据采集处理模块，大大增加了QKD系统的复杂度和成本。
为了解决上述问题，专利CN112994877B提供了一种基于光开关切换量子随机数产生和量子密钥分发过程的方案，然而该方案中两个过程不能同时进行，并且仅复用了激光器来进行量子随机数产生，另外其采用的是光子到达时间的量子随机数生成方案，需要采用时间数字转换器和单光子雪崩二极管，具有速率低、复杂度高等缺点。专利CN113037468B和CN112968768B则在QKD发送端集成了基于真空涨落的QRNG，然而该方案需要达到散粒噪声极限的零差探测器，难以满足高速需求。
发明内容
针对现有技术存在以上缺陷，本发明提出一种基于内生量子随机数的量子密钥分发发送端。
本发明的技术方案是这样实现的：
一种基于内生量子随机数的量子密钥分发发送端，包括激光器LD、第一偏振分束器PBS1、诱骗态调制模块、由第一分束器BS1、第二分束器BS2和单向延时模块构成的不等臂干涉仪、第一调相器PM1、可调光衰减器VOA、光电探测器PD和主控模块；
激光器LD用于产生周期为T的具有随机相位的光脉冲；
第一偏振分束器PBS1输入端口的保偏光纤慢轴与水平偏振方向夹角为45°，用于将光脉冲偏振分束成水平偏振的第一分量和竖直偏振的第二分量；
诱骗态调制模块用于将第一分量随机调制为信号态或诱骗态；
单向延时模块位于不等臂干涉仪的长臂上，用于使经过其的水平偏振光脉冲不产生延时，使经过其的竖直偏振光脉冲产生预定延时τ；
不等臂干涉仪用于使从第一分束器BS1一个输入端口入射的水平偏振光脉冲经过长短臂传播后的延时差为T/2；以及用于使从第二分束器BS2一个输出端口入射的竖直偏振光脉冲经过长短臂传播后的延时差为T/2+τ；
第一调相器PM1用于对第一分量进行相位编码；
可调光衰减器VOA用于将经过相位编码的第一分量衰减到单光子量级，产生量子态；
光电探测器PD用于将光强信号转换为电信号；
主控模块用于触发激光器LD；并用于将光电探测器PD的电信号进行模数转换并采样，产生初始随机比特后通过后处理算法得到量子随机数；以及用于根据产生的量子随机数给诱骗态调制模块和第一调相器PM1提供驱动电压。
优选地，所述诱骗态调制模块包括第二偏振分束器PBS2、第二调相器PM2、第一四分之一波片反射镜QM1，第二偏振分束器PBS2端口一、端口二的保偏光纤与水平偏振方向夹角分别为90°、45°；第二调相器PM2的两端分别连接第一四分之一波片反射镜QM1和第二偏振分束器PBS2的端口二；
第二偏振分束器PBS2用于使从其端口一入射的水平偏振光脉冲旋转90°后从其端口二反射，以及用于使从其端口二入射的水平偏振光脉冲从其端口三透射；
第二调相器PM2用于调制经过其的光脉冲水平偏振分量与竖直偏振分量之间的相位差；
第一四分之一波片反射镜QM1用于反射光脉冲，并将其偏振方向旋转90°。
优选地，所述诱骗态调制模块为强度调制器IM。
优选地，所述单向延时模块包括第三偏振分束器PBS3、第二四分之一波片反射镜QM2和第三四分之一波片反射镜QM3，第三偏振分束器PBS3的一个输入端口和一个输出端口分别连接第二四分之一波片反射镜QM2和第三四分之一波片反射镜QM3；第三偏振分束器PBS3用于使从其另一个输入端口入射的水平偏振光脉冲直接从其另一个输出端口透射，以及使从其另一个输出端口入射的竖直偏振光脉冲反射到其一个输入端口；第二四分之一波片反射镜QM2、第三四分之一波片反射镜QM3用于反射光脉冲，并将其偏振方向旋转90°。
优选地，所述单向延时模块包括第一环形器CIR1和第二环形器CIR2，第一环形器CIR1的端口二与第二环形器CIR2的端口二相连；第二环形器CIR2的端口一和端口三直接相连；
第一环形器CIR1的光信号传输方向为：端口一到端口二、端口二到端口三、端口三到端口一；
第二环形器CIR2的光信号传输方向为：端口一到端口二、端口二到端口三。
优选地，所述单向延时模块为第四保偏分束器PBS4，第四保偏分束器PBS4的一个输入端口和一个输出端口直接相连；第四保偏分束器PBS4用于使从其另一个输入端口入射的水平偏振光脉冲直接从其另一个输出端口透射，以及使从其另一个输出端口入射的竖直偏振光脉冲反射到其一个输入端口。
优选地，预定延时τ=(n+1/2)T，n为非负整数。
优选地，后处理算法为基于快速傅里叶变换的Toeplitz矩阵算法：构Toeplitz矩阵，将其与原始随机序列相乘，得到提取后的量子随机数。
与现有技术相比，本发明有以下有益效果：
本发明提出一种基于内生量子随机数的量子密钥分发发送端，通过复用激光器LD和干涉仪，并将随机数信号采集处理模块与QKD主控模块集成，可以实现量子随机数和量子密钥分发同时进行，降低了系统的复杂度和成本。无需降低量子态的脉冲重复频率，并且可以使间隔较远的光脉冲进行干涉，降低进行干涉的脉冲之间的相位相关性。另外，采用光电探测器PD可实现高速量子随机数产生，能够满足量子密钥分发诱骗态调制和量子态编码的需求。
附图说明
图1为本发明基于内生量子随机数的量子密钥分发发送端的原理框图；
图2为本发明中第一分量演化示意图；
图3为本发明中第二分量经不等臂干涉仪延时2T干涉示意图；
图4为本发明基于内生量子随机数的量子密钥分发发送端实施例一的原理框图；
图5为本发明基于内生量子随机数的量子密钥分发发送端实施例二的原理框图；
图6为本发明基于内生量子随机数的量子密钥分发发送端实施例三的原理框图。
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，一种基于内生量子随机数的量子密钥分发发送端，包括激光器LD、第一偏振分束器PBS1、诱骗态调制模块、由第一分束器BS1、第二分束器BS2和单向延时模块构成的不等臂干涉仪、第一调相器PM1、可调光衰减器VOA、光电探测器PD和主控模块；
激光器LD用于产生周期为T的具有随机相位的光脉冲；
第一偏振分束器PBS1输入端口的保偏光纤慢轴与水平偏振方向夹角为45°，用于将光脉冲偏振分束成水平偏振的第一分量和竖直偏振的第二分量；
诱骗态调制模块用于将第一分量随机调制为信号态或诱骗态；
单向延时模块位于不等臂干涉仪的长臂上，用于使经过其的水平偏振光脉冲不产生延时，使经过其的竖直偏振光脉冲产生预定延时τ；
不等臂干涉仪用于使从第一分束器BS1一个输入端口入射的水平偏振光脉冲经过长短臂传播后的延时差为T/2；以及用于使从第二分束器BS2一个输出端口入射的竖直偏振光脉冲经过长短臂传播后的延时差为T/2+τ；
第一调相器PM1用于对第一分量进行相位编码；
可调光衰减器VOA用于将经过相位编码的第一分量衰减到单光子量级，产生量子态；
光电探测器PD用于将光强信号转换为电信号；
主控模块用于触发激光器LD；并用于将光电探测器PD的电信号进行模数转换并采样，产生初始随机比特后通过后处理算法得到量子随机数；以及用于根据产生的量子随机数给诱骗态调制模块和第一调相器PM1提供驱动电压。
具体工作原理如下：
主控模块触发激光器LD产生周期为T的具有随机相位的光脉冲，光脉冲进入第一偏振分束器PBS1，由于其输入端口的保偏光纤慢轴与水平偏振方向夹角为45°，因此光脉冲被旋转为45°偏振，被其偏振分束成水平偏振的第一分量和竖直偏振的第二分量。
如图2所示，脉冲周期为T的水平偏振第一分量经诱骗态调制模块调制为信号态或诱骗态，随后从第一分束器BS1的一个输入端口入射至不等臂干涉仪，沿不等臂干涉仪长臂传播经过单向延时模块时不额外增加延时，因此每个脉冲被分束成两路子脉冲，最后从第二分束器BS2的一个输出端口出射，时间间隔为T/2，分别作为前一个时间模式和后一个时间模式/>；其中后一个时间模式经过第一调相器PM1调制相位φ，经可调光衰减器VOA衰减到单光子量级后可得编码量子态为
第二分量从第二分束器BS2的另一个输出端口入射至不等臂干涉仪，沿长臂传播的分量比沿短臂传播的分量滞后了T/2+ (n+1/2)T=(n+1)T，如图3所示为n=1，即反向经过不等臂干涉仪时长短臂延时差为2T，则第i个脉冲的一半分量与第i+2个脉冲的一半分量同时从第一分束器BS1的不同输出端口到达第一分束器BS1进行干涉，由于激光器LD产生的每一个光脉冲的相位是随机的，因此干涉产生随机光强信号，从第一分束器BS1的另一个输入端口出射。
脉冲激光器LD产生含有随机相位的水平偏振态的光脉冲信号，其电场可写为
其中，分别为光脉冲信号的幅度、频率、相位。
经光电探测器PD探测并滤除直流分量后产生的随机电信号为
其中，为光电探测器PD的探测效率，/>为不同光脉冲信号之间的相位差。
通过模数转换模块将随机电信号转换为数字信号，即为原始随机比特，随后根据后处理算法，如托普利兹矩阵乘法等，对随机原始随机比特的随机性进行提取，最终输出具有真随机性的量子随机数。
如图4所示，实施例一：
诱骗态调制模块包括第二偏振分束器PBS2、第二调相器PM2、第一四分之一波片反射镜QM1，第二偏振分束器PBS2端口一、端口二的保偏光纤与水平偏振方向夹角分别为90°、45°；第二调相器PM2的两端分别连接第一四分之一波片反射镜QM1和第二偏振分束器PBS2的端口二；
第二偏振分束器PBS2用于使从其端口一入射的水平偏振光脉冲旋转90°后从其端口二反射，以及用于使从其端口二入射的水平偏振光脉冲从其端口三透射；
第二调相器PM2用于调制经过其的光脉冲水平偏振分量与竖直偏振分量之间的相位差；
第一四分之一波片反射镜QM1用于反射光脉冲，并将其偏振方向旋转90°。
单向延时模块包括第三偏振分束器PBS3、第二四分之一波片反射镜QM2和第三四分之一波片反射镜QM3，第三偏振分束器PBS3的一个输入端口和一个输出端口分别连接第二四分之一波片反射镜QM2和第三四分之一波片反射镜QM3；第三偏振分束器PBS3用于使从其另一个输入端口入射的水平偏振光脉冲直接从其另一个输出端口透射，以及使从其另一个输出端口入射的竖直偏振光脉冲反射到其一个输入端口；第二四分之一波片反射镜QM2、第三四分之一波片反射镜QM3用于反射光脉冲，并将其偏振方向旋转90°。
实施例一具体工作过程包括为：
主控模块触发激光器LD产生周期为T的具有随机相位的光脉冲，光脉冲进入第一偏振分束器PBS1，由于其输入端口的保偏光纤慢轴与水平偏振方向夹角为45°，因此光脉冲被旋转为45°偏振，被其偏振分束成水平偏振的第一分量和竖直偏振的第二分量。
第一分量从第一偏振分束器PBS1透射，为水平偏振，经90°偏振旋转后变为竖直偏振，随后进入第二偏振分束器PBS2的端口一，被其偏振反射到其端口二。然后旋转45°后，得到水平偏振分量和竖直偏振分量，同时进入第二调相器PM2调制二者的相位差为θ1，到达第一四分之一波片反射镜QM1后，由于第一四分之一波片反射镜QM1的传输矩阵可写为
则经过其作用后水平偏振变为竖直偏振，竖直偏振变为水平偏振，二者再次经过PM3调相位差θ2。二者最后的相位差为θ=θ1+θ2，最后被旋转45°，相应的偏振态为
随后进入第二偏振分束器PBS2的端口二，水平偏振从其端口三透射，相应的归一化光强为。即调节不同的相位差θ可以第二偏振分束器PBS2的端口三分别输出不同的光强，可以实现对第一分量每个脉冲进行强度调制，产生信号态或诱骗态。随后水平偏振的第一分量从第一分束器BS1的一个输入端口入射至不等臂干涉仪，沿不等臂干涉仪长臂传播经过第三偏振分束器PBS3直接透射，不额外增加延时，因此每个脉冲被分束成两路子脉冲，最后从第二分束器BS2的一个输出端口出射，时间间隔为T/2，分别作为前一个时间模式/>和后一个时间模式/>；其中后一个时间模式经过第一调相器PM1调制相位φ，经可调光衰减器VOA衰减到单光子量级后可得编码量子态为
第二分量为竖直偏振，从第二分束器BS2的另一个输出端口入射至不等臂干涉仪，沿长臂传播的分量经第三偏振分束器PBS3反射，先到达第二四分之一波片反射镜QM2被反射并将偏振变为水平偏振，回到第三偏振分束器PBS3透射到达第三四分之一波片反射镜QM3，随后被其反射并将偏振变为竖直偏振，再次回到第三偏振分束器PBS3时被反射出去，最后到达第一分束器BS1。因此，沿长臂传播的分量比沿短臂传播的分量滞后了T/2+ (n+1/2)T=(n+1)T，如图3所示为n=1，即反向经过不等臂干涉仪时长短臂延时差为2T，则第i个脉冲的一半分量与第i+2个脉冲的一半分量同时从第一分束器BS1的不同输出端口到达第一分束器BS1进行干涉，由于激光器LD产生的每一个光脉冲的相位是随机的，因此干涉产生随机光强信号，从第一分束器BS1的另一个输入端口出射。
脉冲激光器LD产生含有随机相位的水平偏振态的光脉冲信号，其电场可写为
其中，分别为光脉冲信号的幅度、频率、相位。
经光电探测器PD探测并滤除直流分量后产生的随机电信号为
其中，为光电探测器PD的探测效率，/>为不同光脉冲信号之间的相位差。
通过模数转换模块将随机电信号转换为数字信号，即为原始随机比特，随后根据后处理算法，如托普利兹矩阵乘法等，对随机原始随机比特的随机性进行提取，最终输出具有真随机性的量子随机数。
如图5所示，实施例二：
诱骗态调制模块为强度调制器IM。
单向延时模块包括第一环形器CIR1和第二环形器CIR2，第一环形器CIR1的端口二与第二环形器CIR2的端口二相连；第二环形器CIR2的端口一和端口三直接相连；
第一环形器CIR1的光信号传输方向为：端口一到端口二、端口二到端口三、端口三到端口一；
第二环形器CIR2的光信号传输方向为：端口一到端口二、端口二到端口三。
实施例二具体工作过程包括为：
主控模块触发激光器LD产生周期为T的具有随机相位的光脉冲，光脉冲进入第一偏振分束器PBS1，由于其输入端口的保偏光纤慢轴与水平偏振方向夹角为45°，因此光脉冲被旋转为45°偏振，被其偏振分束成水平偏振的第一分量和竖直偏振的第二分量。
第一分量从第一偏振分束器PBS1透射，为水平偏振，经强度调制器IM调制光强，随机产生信号态或诱骗态。随后水平偏振的第一分量从第一分束器BS1的一个输入端口入射至不等臂干涉仪，沿不等臂干涉仪长臂传播进入第一环形器CIR1的端口三，并从其端口一出射，不额外增加延时，因此每个脉冲被分束成两路子脉冲，最后从第二分束器BS2的一个输出端口出射，时间间隔为T/2，分别作为前一个时间模式和后一个时间模式/>；其中后一个时间模式经过第一调相器PM1调制相位φ，经可调光衰减器VOA衰减到单光子量级后可得编码量子态为
第二分量为竖直偏振，从第二分束器BS2的另一个输出端口入射至不等臂干涉仪，沿长臂传播的分量进入第一环形器CIR1的端口一，并从其端口二出射，到达第二环形器CIR2的端口二后从其端口三出射，经过光纤到达其端口一后从端口二出射，然后返回第一环形器CIR1的端口二，从其端口三出射，最后到达第一分束器BS1。因此，沿长臂传播的分量比沿短臂传播的分量滞后了T/2+ (n+1/2)T=(n+1)T，如图3所示为n=1，即反向经过不等臂干涉仪时长短臂延时差为2T，则第i个脉冲的一半分量与第i+2个脉冲的一半分量同时从第一分束器BS1的不同输出端口到达第一分束器BS1进行干涉，由于激光器LD产生的每一个光脉冲的相位是随机的，因此干涉产生随机光强信号，从第一分束器BS1的另一个输入端口出射。
脉冲激光器LD产生含有随机相位的水平偏振态的光脉冲信号，其电场可写为
其中，分别为光脉冲信号的幅度、频率、相位。
经光电探测器PD探测并滤除直流分量后产生的随机电信号为
其中，为光电探测器PD的探测效率，/>为不同光脉冲信号之间的相位差。
通过模数转换模块将随机电信号转换为数字信号，即为原始随机比特，随后根据后处理算法，如托普利兹矩阵乘法等，对随机原始随机比特的随机性进行提取，最终输出具有真随机性的量子随机数。
如图6所示，实施例三：
诱骗态调制模块为强度调制器IM。
单向延时模块为第四保偏分束器PBS4，第四保偏分束器PBS4的一个输入端口和一个输出端口直接相连；第四保偏分束器PBS4用于使从其另一个输入端口入射的水平偏振光脉冲直接从其另一个输出端口透射，以及使从其另一个输出端口入射的竖直偏振光脉冲反射到其一个输入端口。
实施例三具体工作过程包括为：
主控模块触发激光器LD产生周期为T的具有随机相位的光脉冲，光脉冲进入第一偏振分束器PBS1，由于其输入端口的保偏光纤慢轴与水平偏振方向夹角为45°，因此光脉冲被旋转为45°偏振，被其偏振分束成水平偏振的第一分量和竖直偏振的第二分量。
第一分量从第一偏振分束器PBS1透射，为水平偏振，经强度调制器IM调制光强，随机产生信号态或诱骗态。随后水平偏振的第一分量从第一分束器BS1的一个输入端口入射至不等臂干涉仪，沿不等臂干涉仪长臂传播直接从第三偏振分束器PBS3透射，不额外增加延时，因此每个脉冲被分束成两路子脉冲，最后从第二分束器BS2的一个输出端口出射，时间间隔为T/2，分别作为前一个时间模式和后一个时间模式/>；其中后一个时间模式经过第一调相器PM1调制相位φ，经可调光衰减器VOA衰减到单光子量级后可得编码量子态为
第二分量为竖直偏振，从第二分束器BS2的另一个输出端口入射至不等臂干涉仪，沿长臂传播的分量进入第四保偏分束器PBS4后被反射，沿连接光纤传播到达第四保偏分束器PBS4被反射，仍保持竖直偏振，最后到达第一分束器BS1。因此，沿长臂传播的分量比沿短臂传播的分量滞后了T/2+ (n+1/2)T=(n+1)T，如图3所示为n=1，即反向经过不等臂干涉仪时长短臂延时差为2T，则第i个脉冲的一半分量与第i+2个脉冲的一半分量同时从第一分束器BS1的不同输出端口到达第一分束器BS1进行干涉，由于激光器LD产生的每一个光脉冲的相位是随机的，因此干涉产生随机光强信号，从第一分束器BS1的另一个输入端口出射。
脉冲激光器LD产生含有随机相位的水平偏振态的光脉冲信号，其电场可写为
其中，分别为光脉冲信号的幅度、频率、相位。
经光电探测器PD探测并滤除直流分量后产生的随机电信号为
其中，为光电探测器PD的探测效率，/>为不同光脉冲信号之间的相位差。
通过模数转换模块将随机电信号转换为数字信号，即为原始随机比特，随后根据后处理算法，如托普利兹矩阵乘法等，对随机原始随机比特的随机性进行提取，最终输出具有真随机性的量子随机数。
综合本发明各个实施例可知，本发明提出一种集成量子随机数发生器的量子密钥分发发送端，通过复用激光器和干涉仪，并将随机数信号采集处理模块与QKD主控模块集成，可以实现量子随机数和量子密钥分发同时进行，降低了系统的复杂度和成本。无需降低量子态的脉冲重复频率，并且可以使间隔较远的光脉冲进行干涉，降低进行干涉的脉冲之间的相位相关性。另外，采用光电探测器PD可实现高速量子随机数产生，能够满足量子密钥分发诱骗态调制和量子态编码的需求。
Claims (8)
1.一种基于内生量子随机数的量子密钥分发发送端，其特征在于，包括激光器LD、第一偏振分束器PBS1、诱骗态调制模块、由第一分束器BS1、第二分束器BS2和单向延时模块构成的不等臂干涉仪、第一调相器PM1、可调光衰减器VOA、光电探测器PD和主控模块；
激光器LD用于产生周期为T的具有随机相位的光脉冲；
第一偏振分束器PBS1输入端口的保偏光纤慢轴与水平偏振方向夹角为45°，用于将光脉冲偏振分束成水平偏振的第一分量和竖直偏振的第二分量；
诱骗态调制模块用于将第一分量随机调制为信号态或诱骗态；
单向延时模块位于不等臂干涉仪的长臂上，用于使经过其的水平偏振光脉冲不产生延时，使经过其的竖直偏振光脉冲产生预定延时τ；
不等臂干涉仪用于使从第一分束器BS1一个输入端口入射的水平偏振光脉冲经过长短臂传播后的延时差为T/2；以及用于使从第二分束器BS2一个输出端口入射的竖直偏振光脉冲经过长短臂传播后的延时差为T/2+τ；
第一调相器PM1用于对第一分量进行相位编码；
可调光衰减器VOA用于将经过相位编码的第一分量衰减到单光子量级，产生量子态；
光电探测器PD用于将光强信号转换为电信号；
主控模块用于触发激光器LD；并用于将光电探测器PD的电信号进行模数转换并采样，产生初始随机比特后通过后处理算法得到量子随机数；以及用于根据产生的量子随机数给诱骗态调制模块和第一调相器PM1提供驱动电压。
2.根据权利要求1所述的基于内生量子随机数的量子密钥分发发送端，其特征在于，所述诱骗态调制模块包括第二偏振分束器PBS2、第二调相器PM2、第一四分之一波片反射镜QM1，第二偏振分束器PBS2端口一、端口二的保偏光纤与水平偏振方向夹角分别为90°、45°；第二调相器PM2的两端分别连接第一四分之一波片反射镜QM1和第二偏振分束器PBS2的端口二；
第二偏振分束器PBS2用于使从其端口一入射的水平偏振光脉冲旋转90°后从其端口二反射，以及用于使从其端口二入射的水平偏振光脉冲从其端口三透射；
第二调相器PM2用于调制经过其的光脉冲水平偏振分量与竖直偏振分量之间的相位差；
第一四分之一波片反射镜QM1用于反射光脉冲，并将其偏振方向旋转90°。
3.根据权利要求1所述的基于内生量子随机数的量子密钥分发发送端，其特征在于，所述诱骗态调制模块为强度调制器IM。
4.根据权利要求1或2或3所述的基于内生量子随机数的量子密钥分发发送端，其特征在于，所述单向延时模块包括第三偏振分束器PBS3、第二四分之一波片反射镜QM2和第三四分之一波片反射镜QM3，第三偏振分束器PBS3的一个输入端口和一个输出端口分别连接第二四分之一波片反射镜QM2和第三四分之一波片反射镜QM3；第三偏振分束器PBS3用于使从其另一个输入端口入射的水平偏振光脉冲直接从其另一个输出端口透射，以及使从其另一个输出端口入射的竖直偏振光脉冲反射到其一个输入端口；第二四分之一波片反射镜QM2、第三四分之一波片反射镜QM3用于反射光脉冲，并将其偏振方向旋转90°。
5.根据权利要求1或2或3所述的基于内生量子随机数的量子密钥分发发送端，其特征在于，所述单向延时模块包括第一环形器CIR1和第二环形器CIR2，第一环形器CIR1的端口二与第二环形器CIR2的端口二相连；第二环形器CIR2的端口一和端口三直接相连；
第一环形器CIR1的光信号传输方向为：端口一到端口二、端口二到端口三、端口三到端口一；
第二环形器CIR2的光信号传输方向为：端口一到端口二、端口二到端口三。
6.根据权利要求1或2或3所述的基于内生量子随机数的量子密钥分发发送端，其特征在于，所述单向延时模块为第四保偏分束器PBS4，第四保偏分束器PBS4的一个输入端口和一个输出端口直接相连；第四保偏分束器PBS4用于使从其另一个输入端口入射的水平偏振光脉冲直接从其另一个输出端口透射，以及使从其另一个输出端口入射的竖直偏振光脉冲反射到其一个输入端口。
7.根据权利要求6所述的基于内生量子随机数的量子密钥分发发送端，其特征在于，预定延时τ=(n+1/2)T，n为非负整数。
8.根据权利要求6所述的基于内生量子随机数的量子密钥分发发送端，其特征在于，后处理算法为基于快速傅里叶变换的Toeplitz矩阵算法：构Toeplitz矩阵，将其与原始随机序列相乘，得到提取后的量子随机数。
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