CN117849822B - 一种高信噪比量子安全三维成像装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种高信噪比量子安全三维成像装置及方法，属于激光雷达成像领域。所述装置包括激光器、第一环形器、第一分束器、第二分束器、传输元件、波分复用器、可调延时线、反射模块、传输编码模块、衰减器、第二环形器、准直器、扫描振镜、偏振处理及分束模块、非线性波导、带通滤波片、第一单光子探测器和第二单光子探测器，所述装置抵消了长短臂光程差变化，不存在相位漂移问题，具有较低的误码率。利用所述装置进行成像时，有效滤除与信号光子的波长、偏振、时间相同而时频模式不同的噪声光，提高探测结果的信噪比，进而提高成像的信噪比。

Description

一种高信噪比量子安全三维成像装置及方法

技术领域

本发明属于激光雷达成像领域，尤其涉及一种高信噪比量子安全三维成像装置及方法。

背景技术

在当今社会，雷达成像技术在诸多领域具有广泛的应用。一些特定领域，如无人驾驶、侦察探测等领域，对雷达成像系统的抗干扰和欺骗的能力具有较高的要求。然而，常规的成像系统一般采用经典信号作为照射目标的信号，能够被精确测量并复制，因而无法抵御干扰欺骗。为了提高成像系统的抗欺骗干扰能力，M. Malik等人于2012年提出（Malik M,et al, Quantum-secured imaging. Applied Physics Letters, 2012, 101(24):241103.）量子安全成像的概念，利用量子态具有不可克隆、测量塌缩等特性，通过对光子进行偏振编解码并检测误码率来进行实时监测，从而可以有效识破干扰机的截获重发欺骗干扰。但是该方案采用偏振编码，由于偏振态会受到大气扰动和目标散射的影响而发生明显变化，使得无欺骗干扰时仍会得到较高的误码率，导致虚警率过高。另外，由于该方案采用常规的干涉滤波器进行滤波，只能滤除与回波光子波长不一致的杂散光，而无法滤除波长一致，但是处于不同时频模式的噪声光子，使得成像信噪比受限。而现有技术中激光雷达成像方案采用较高的发射功率，所发射的光脉冲不具有量子态特性，无法用于干扰监测，因此不具备抗干扰欺骗的功能。

发明内容

为解决偏振解码误码率高、成像信噪比低的技术问题，本发明提供了一种高信噪比量子安全三维成像装置及方法，所采用的技术方案如下：

一方面，本发明提供了一种高信噪比量子安全三维成像装置，包括：

激光器、第一环形器、第一分束器、第二分束器、传输元件、波分复用器、可调延时线、反射模块、传输编码模块、衰减器、第二环形器、准直器、扫描振镜、偏振处理及分束模块、非线性波导、带通滤波片、第一单光子探测器和第二单光子探测器，其中，

所述第一环形器的第一端口、第二端口、第三端口分别对应连接激光器、第一分束器的输入端口、第二单光子探测器；

所述第一分束器的两个输出端口分别连接第二分束器的两个输入端口，构成具有长短臂的不等臂干涉仪；

所述第二分束器的两个输出端口分别连接传输元件的第一端口和偏振处理及分束模块的一个输出端口；

所述传输元件的第二端口和第三端口分别对应连接波分复用器的输入端口和非线性波导的输入端口；

所述非线性波导的输出端口通过带通滤波片连接第一单光子探测器；

所述波分复用器的一个输出端口通过可调延时线连接反射模块；

所述传输编码模块的第一端口、第二端口、第三端口分别对应连接偏振处理及分束模块的另一个输出端口、波分复用器的另一个输出端口、衰减器的输入端口；

所述第二环形器的第一端口、第二端口、第三端口分别对应连接衰减器的输出端口、准直器、偏振处理及分束模块的输入端口；

所述衰减器用于对经传输编码模块编码后的光信号进行衰减产生相应的量子态；

所述量子态经第二环形器传输、准直器扩束以及扫描振镜反射后对目标进行探测。

另一方面，本发明提供了一种高信噪比量子安全三维成像方法，由上述一种高信噪比量子安全三维成像装置执行如下步骤：

步骤S1：激光器产生的光脉冲进入不等臂干涉仪产生双脉冲后，被波分复用器分成第一波长的泵浦光和第二波长的信号光；信号光进入传输编码模块随机产生3种时间相位编码态，衰减到预定强度后产生相应的量子态，扩束到扫描振镜，再照射到目标进行二维扫描；

步骤S2：当扫描振镜扫描到目标平面的第i个像素时，目标将发射量子态反射后形成回波量子态，经扫描振镜、准直器收集后被偏振处理及分束，产生偏振态相同的第一回波分量和第二回波分量；

步骤S3：所述第一回波分量与经过延时和反射的泵浦光返回波分复用器进行合波，随后二者进入非线性波导进行参量上转换，经带通滤波片滤波后得到和频光进入第一单光子探测器进行探测，通过可调延时线扫描泵浦光的延时，并分别记录不同延时下第一单光子探测器两个时间窗口在预定时间内的探测计数，得到两个探测计数均达到最大时对应的延时量以及两个探测计数之和，分别作为第i个像素点的深度和强度信息；

步骤S4：所述第二回波分量返回不等臂干涉仪进行干涉，产生的干涉光信号进入第二单光子探测器进行探测，记录第二单光子探测器的响应结果作为探测序列，并与相应的发射量子态进行比对后计算出第i个像素点的误码率Ei；

步骤S5：控制扫描振镜扫描目标平面的第i+1个像素，重复步骤S2-步骤S4直到扫描完目标平面的所有像素，得到每个像素的深度和强度信息，以及误码率Ei；利用成像算法根据每个像素的深度和强度信息进行三维成像，并根据每个像素的误码率Ei计算出平均误码率Ea，当平均误码率Ea大于误码率阈值Et时，判断目标存在欺骗干扰。

本发明的有益效果在于：

（1）采用时间相位编码量子态，其中时间态编码在相对时间位置上，因而非常稳定，误码率低；相位态的编解码复用同一个不等臂干涉仪，可以抵消长短臂光程差变化，因而不受环境变化的影响，不存在相位漂移问题，同样具有较低的误码率。另外，通过偏振处理可以消除回波量子态偏振变化对解码的影响。因此，与偏振编码方案相比，具有较高的稳定性和较低的虚警率。

（2）采用非线性参量转换进行量子参量模式滤波，可以有效滤除与信号光子的波长、偏振、时间相同而时频模式不同的噪声光，提高探测结果的信噪比，进而提高成像的信噪比。

附图说明

图1为本发明一种高信噪比量子安全三维成像装置示意图；

图2为本发明一种高信噪比量子安全三维成像装置实施例一示意图；

图3为本发明一种高信噪比量子安全三维成像装置实施例二示意图；

图4为时间相位态调制原理示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

如图1所示，给出了本发明一种高信噪比量子安全三维成像装置示意图，所述装置包括：

激光器、第一环形器、第一分束器、第二分束器、传输元件、波分复用器、可调延时线、反射模块、传输编码模块、衰减器、第二环形器、准直器、扫描振镜、偏振处理及分束模块、非线性波导、带通滤波片、第一单光子探测器和第二单光子探测器，其中，

所述第一环形器的第一端口1、第二端口2、第三端口3分别对应连接激光器、第一分束器的输入端口、第二单光子探测器；

所述第一分束器的两个输出端口分别连接第二分束器的两个输入端口，构成具有长短臂的不等臂干涉仪；

所述第二分束器的两个输出端口分别连接传输元件的第一端口1和偏振处理及分束模块的一个输出端口；

所述传输元件的第二端口2和第三端口3分别对应连接波分复用器的输入端口和非线性波导的输入端口；

所述非线性波导的输出端口通过带通滤波片连接第一单光子探测器；

所述波分复用器的一个输出端口通过可调延时线连接反射模块；

所述传输编码模块的第一端口1、第二端口2、第三端口3分别对应连接偏振处理及分束模块的另一个输出端口、波分复用器的另一个输出端口、衰减器的输入端口；

所述第二环形器的第一端口1、第二端口2、第三端口3分别对应连接衰减器的输出端口、准直器、偏振处理及分束模块的输入端口；

所述衰减器用于对经传输编码模块编码后的光信号进行衰减产生相应的量子态；

所述量子态经第二环形器传输、准直器扩束以及扫描振镜反射后对目标进行探测。

具体工作过程及原理如下：

激光器产生周期为T的光脉冲，经第一环形器传输到达由第一分束器和第二分束器构成的不等臂干涉仪，分别从第二分束器的两个输出端口出射两路光信号，每一路均包含两个时间间隔等于不等臂干涉仪延时差的子脉冲。其中一路光信号由于反向经过偏振处理及分束模块到达第二环形器的第三端口3，被其隔离掉，或者在第二分束器和偏振处理及分束模块之间设置光隔离器，直接将其隔离掉。另一路光信号的两个子脉冲到达传输元件的第一端口1，从其第二端口2出射，随后进入波分复用器，被分成第一波长的泵浦光和第二波长的信号光。

所述信号光进入传输编码模块随机产生3种时间相位编码态，经衰减器衰减到预定强度后产生相应的量子态，即第一时间态、第二时间态/>、相位态。其中，第一时间态的光子处于前一个时间位置，第二时间态的光子处于后一个时间位置，相位态的光子处于前后两个时间位置的叠加态上。量子态经第二环形器到达准直器，被扩束后到达扫描振镜，被反射后照射到目标进行二维扫描。

所述量子态经目标反射后被准直器收集，形成回波光信号；所述回波光信号经第二环形器进入偏振处理及分束模块，被其调整偏振态并分束成第一回波分量和第二回波分量。所述第一回波分量经传输编码模块传输至波分复用器，与经过可调延时线和反射模块反射的泵浦光进行波分复用合波，合波的光信号经传输元件到达非线性波导进行参量上转换，经带通滤波片滤波后得到和频光，最终进入第一单光子探测器进行探测。所述非线性波导的相位匹配宽度小于波分复用器的通道宽度，则只有处于相同时频模式的第一回波分量与泵浦光进行参量上转换得到和频光，与第一回波分量的波长、偏振、时间相同而时频模式不同的噪声光则不会与泵浦光发生相互作用，因此可以通过带通滤波片过滤掉，从而提高探测结果的信噪比。

当发射的量子态为相位态时，所述第二回波分量进入不等臂干涉仪进行干涉，相消干涉光信号经第一环形器进入第二单光子探测器进行探测。由于系统中的光信号往返经过不等臂干涉仪，长短臂之间的光程差变化引起的相位漂移可以自动补偿掉，因此可以得到非常稳定的干涉结果，而不受环境变化的影响。

三维安全成像过程：

控制扫描振镜进行二维扫描，当其扫描到目标平面的第i个像素时，以步长为d来逐步调节可调延时线的延时，并记录不同延时下第一单光子探测器前后两个时间窗口的探测计数，得到两个探测计数均达到最大时对应的延时量以及两个探测计数之和，分别作为第i个像素点的深度和强度信息；记录第二单光子探测器的探测结果，并与相应的发射量子态进行比对后计算出第i个像素点的误码率Ei；

控制扫描振镜扫描目标平面第i+1个像素，重复上述步骤直到扫描完目标平面所有像素，得到每个像素的深度和强度信息，以及误码率Ei；利用成像算法根据每个像素的深度和强度信息进行三维成像，并根据每个像素的误码率Ei计算出平均误码率Ea。

当目标对成像装置发射的量子态进行截取重发干扰时，由于所发射的信号为随机的量子态，目标选择中间基测量发射量子态可能得到错误的测量结果，重新制备并发送到成像装置进行测量时至少会引入25%的误码率。设定误码率阈值为25%，当平均误码率Ea大于误码率阈值时，判断目标存在欺骗干扰。

实施例一

如图2所示，为本发明一种高信噪比量子安全三维成像装置的一改进实施例一的示意图：所述装置包括：

激光器、第一环形器、第一分束器、第二分束器、传输元件、波分复用器、可调延时线、反射模块、传输编码模块、衰减器、第二环形器、准直器、扫描振镜、偏振处理及分束模块、非线性波导、带通滤波片、第一单光子探测器和第二单光子探测器，其中，

所述传输编码模块包括第三环形器和强度调制器，

所述第三环形器的第三端口3连接强度调制器的输入端口；

所述第三环形器的第一端口1、第二端口2、强度调制器的输出端口分别作为传输编码模块的第一端口1、第二端口2、第三端口3。

所述偏振处理及分束模块包括扰偏器和第一偏振分束器，

所述扰偏器的输出端口与第一偏振分束器的输入端口相连；

所述扰偏器的输入端口和第一偏振分束器的两个输出端口分别作为偏振处理及分束模块的输入端口和两个输出端口。

所述反射模块为法拉第镜；所述传输编码模块与偏振处理及分束模块之间通过90°偏振旋转结构相连。

所述传输元件为第二偏振分束器，用于将入射至其第一端口1的水平偏振光脉冲输出至其第二端口2，以及将入射至其第二端口2的竖直偏振光脉冲输出至其第三端口3。

所述第二分束器与偏振处理及分束模块的一个输出端口相连的光路上还设置有光隔离器，其传输方向为从偏振处理及分束模块到第二分束器。

实施例一具体工作过程及原理如下：

激光器产生周期为T的光脉冲，经第一环形器传输到达由第一分束器和第二分束器构成的不等臂干涉仪，分别从第二分束器的两个输出端口出射两路光信号，每一路均包含两个时间间隔等于不等臂干涉仪延时差的子脉冲。其中一路光信号经光隔离器被隔离掉，另一路光信号的两个子脉冲到达第二偏振分束器的第一端口1，从其第二端口2出射，随后进入波分复用器，被分成第一波长的泵浦光和第二波长的信号光。

所述信号光进入第三环形器的第二端口2，从其第三端口3出射后进入强度调制器。通过控制强度调制器的驱动信号来随机调节信号光两个子脉冲的光强，随机产生3种时间相位编码态，经衰减器衰减到预定强度后产生相应的量子态，即第一时间态、第二时间态/>、相位态/>。其中，第一时间态的光子处于前一个时间位置，由强度调制器将信号光后一个子脉冲光强调制为0得到；第二时间态的光子处于后一个时间位置，由强度调制器将信号光前一个子脉冲光强调制为0得到；相位态的光子处于前后两个时间位置的叠加态上，由强度调制器将信号光前后两个子脉冲光强均调制为0.5得到。量子态经第二环形器到达准直器，被扩束后到达扫描振镜，被反射后照射到目标进行二维扫描。

所述量子态经目标反射后被准直器收集，形成回波光信号。所述回波光信号经第二环形器进入扰偏器，偏振度降至0，即变为随机偏振态，随后进入第一偏振分束器进行偏振分束，被反射和透射的概率均为50%，即产生第一回波分量和第二回波分量，二者具有相同的幅度和偏振态。所述第一回波分量经90°偏振旋转模块将偏振态旋转90°，随后进入第三环形器的第一端口1，从其第二端口2出射后进入波分复用器。泵浦光经过可调延时线和法拉第镜进行延时和反射后再次回到波分复用器，其偏振态也旋转90°，与第一回波分量的偏振相同，二者在波分复用器上进行合波，合波后的光信号进入第二偏振分束器的第二端口2，从其第三端口3出射，随后到达非线性波导进行参量上转换，经带通滤波片滤波后得到和频光，最终进入第一单光子探测器进行探测。所述非线性波导的相位匹配宽度小于波分复用器的通道宽度，则只有处于相同时频模式的第一回波分量与泵浦光进行参量上转换得到和频光，与第一回波分量的波长、偏振、时间相同而时频模式不同的噪声光则不会与泵浦光发生相互作用，因此可以通过带通滤波片过滤掉，从而提高探测结果的信噪比。

当发射的量子态为相位态时，所述第二回波分量进入不等臂干涉仪进行干涉，相消干涉光信号经第一环形器进入第二单光子探测器进行探测。由于系统中的光信号往返经过不等臂干涉仪，长短臂之间的光程差变化引起的相位漂移可以自动补偿掉，因此可以得到非常稳定的干涉结果，而不受环境变化的影响。

最后可以根据上述方法进行三维成像和欺骗干扰检测。

实施例二

如图3所示，为本发明一种高信噪比量子安全三维成像装置的另一改进实施例二示意图：所述装置包括：

激光器、第一环形器、第一分束器、第二分束器、传输元件、波分复用器、可调延时线、反射模块、传输编码模块、衰减器、第二环形器、准直器、扫描振镜、偏振处理及分束模块、非线性波导、带通滤波片、第一单光子探测器和第二单光子探测器，其中，

所述传输编码模块包括第四环形器、第三分束器和相位调制器，

所述第四环形器的第三端口3连接第三分束器的输入端口；

所述第三分束器的两个输出端口分别通过长度不同的光路连接相位调制器的两端，构成第一萨格纳克环；

所述第四环形器的第一端口1、第二端口2、第四端口4分别作为传输编码模块的第一端口1、第二端口2、第三端口3。

所述偏振处理及分束模块包括偏振控制器和第四分束器，

所述偏振控制器的输出端口与第四分束器的输入端口相连；

所述偏振控制器的输入端口和第四分束器的两个输出端口分别作为偏振处理及分束模块的输入端口和两个输出端口。

所述反射模块为第五分束器，其两个输出端口通过保偏光路直接相连，构成第二萨格纳克环。

所述传输元件为第五环形器，其第一端口1、第二端口2、第三端口3分别作为传输元件的第一端口1、第二端口2、第三端口3。

所述第二分束器与偏振处理及分束模块的一个输出端口相连的光路上还设置有光隔离器，其传输方向为从偏振处理及分束模块到第二分束器。

实施例二具体工作过程及原理与实施例一类似，区别如下：

从第二分束器出射的一路光信号的两个子脉冲到达第五环形器的第一端口1，从其第二端口2出射，随后进入波分复用器，被分成第一波长的泵浦光和第二波长的信号光。所述信号光进入第四环形器的第二端口2，从其第三端口3出射后进入第三分束器，被分束成两个偏振和幅度均相同且各包含两个子脉冲的分量，二者分别沿第一萨格纳克环的顺时针和逆时针方向传播，且二者经过相位调制器的时间不相同，可以被其调制一定的相位差φ。

如图4所示，给出了3个周期光脉冲a、光脉冲b、光脉冲c分别经过不等臂干涉仪产生前后两个子脉冲后进入第一萨格纳克环内进行调制，并分别对应产生第一时间态、第二时间态和相位态的原理示意图（即第三分束器输出光脉冲）。对于光脉冲a，其两个子脉冲经第三分束器分束后分别产生在第一萨格纳克环内沿顺时针方向传播的子脉冲分量a1和a2，以及沿逆时针方向传播的子脉冲分量a1’和a2’。子脉冲分量a1和a1’到达相位调制器的时间差为不等臂干涉仪延时差的一半。对于光脉冲b和光脉冲c，产生的子脉冲分量的传播过程与光脉冲a的子脉冲分量类似。控制相位调制器驱动电压信号（即相位调制器驱动电压的时间与光脉冲经过相位调制器的时间相对应），使子脉冲分量a1、a1’、a2’、b1’、b2、b2’、c1’、c2’经过时不加载电压，即调制相位0；使子脉冲分量a2和b1经过时调制电压为，即半波电压，相应的附加相位为π；使子脉冲分量c1和c2经过时调制电压为/>，相应的附加相位为π/2。因此，子脉冲分量a1和a1’同时到达第三分束器进行干涉时，二者相位差为0，发生干涉相长，干涉结果从第三分束器的输入端口出射；子脉冲分量a2和a2’相位差为π，发生干涉相消，从第三分束器的输入端口不输出光信号，可以得到光子处于前一个时间位置的第一时间态。子脉冲分量b1和b1’同时到达第三分束器进行干涉时，二者相位差为π，发生干涉相消，从第三分束器的输入端口不输出光信号；子脉冲分量b2和b2’相位差为0，发生干涉相长，干涉结果从第三分束器的输入端口出射，可以得到光子处于后一个时间位置的第二时间态。子脉冲分量c1和c1’同时到达第三分束器进行干涉时，二者相位差为π/2，发生干涉，从第三分束器的输入端口输出的光信号强度为总强度的一半；子脉冲分量c2和c2’相位差为π/2，发生干涉，从第三分束器的输入端口输出的光信号强度为总强度的一半，可以得到前后两个时间位置均包含光子的相位态。

回波光信号经第二环形器进入偏振控制器，被调整为水平偏振态，随后进入第四分束器进行分束，产生第一回波分量和第二回波分量，二者具有相同的幅度和偏振态。所述第一回波分量进入第四环形器的第一端口1，从其第二端口2出射后进入波分复用器。泵浦光经过可调延时线和由第五分束器构成的第二萨格纳克环，进行延时和反射后再次回到波分复用器。其中，第二萨格纳克环的作用与第一萨格纳克环类似，区别在于没有相位调制器，因此沿顺时针方向和逆时针方向传播的光信号相位差为0，发生干涉相长，相对于反射镜的作用。第一回波分量和泵浦光在波分复用器上进行合波，合波后的光信号进入第五环形器的第二端口2，从其第三端口3出射，随后到达非线性波导进行参量上转换，经带通滤波片滤波后得到和频光，最终进入第一单光子探测器进行探测。

以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (13)

1.一种高信噪比量子安全三维成像装置，其特征在于，所述装置包括：

激光器、第一环形器、第一分束器、第二分束器、传输元件、波分复用器、可调延时线、反射模块、传输编码模块、衰减器、第二环形器、准直器、扫描振镜、偏振处理及分束模块、非线性波导、带通滤波片、第一单光子探测器和第二单光子探测器，其中，

所述第一环形器的第一端口、第二端口、第三端口分别对应连接激光器、第一分束器的输入端口、第二单光子探测器；

所述第一分束器的两个输出端口分别连接第二分束器的两个输入端口，构成具有长短臂的不等臂干涉仪；

所述第二分束器的两个输出端口分别连接传输元件的第一端口和偏振处理及分束模块的一个输出端口；

所述传输元件的第二端口和第三端口分别对应连接波分复用器的输入端口和非线性波导的输入端口；

所述非线性波导的输出端口通过带通滤波片连接第一单光子探测器；

所述波分复用器的一个输出端口通过可调延时线连接反射模块；

所述传输编码模块的第一端口、第二端口、第三端口分别对应连接偏振处理及分束模块的另一个输出端口、波分复用器的另一个输出端口、衰减器的输入端口；

所述第二环形器的第一端口、第二端口、第三端口分别对应连接衰减器的输出端口、准直器、偏振处理及分束模块的输入端口；

所述衰减器用于对经传输编码模块编码后的光信号进行衰减产生相应的量子态；

所述量子态经第二环形器传输、准直器扩束以及扫描振镜反射后对目标进行探测；

其中，所述传输编码模块包括第三环形器和强度调制器，

所述第三环形器的第三端口连接强度调制器的输入端口；

所述第三环形器的第一端口、第二端口、强度调制器的输出端口分别作为传输编码模块的第一端口、第二端口、第三端口。

2.根据权利要求1所述的一种高信噪比量子安全三维成像装置，其特征在于，所述偏振处理及分束模块包括扰偏器和第一偏振分束器，

所述扰偏器的输出端口与第一偏振分束器的输入端口相连；

所述扰偏器的输入端口和第一偏振分束器的两个输出端口分别作为偏振处理及分束模块的输入端口和两个输出端口。

3.根据权利要求1所述的一种高信噪比量子安全三维成像装置，其特征在于，所述反射模块为法拉第镜；所述传输编码模块与偏振处理及分束模块之间通过90°偏振旋转结构相连。

4.根据权利要求1所述的一种高信噪比量子安全三维成像装置，其特征在于，所述传输元件包括第二偏振分束器，用于将入射至其第一端口的水平偏振光脉冲输出至其第二端口，以及将入射至其第二端口的竖直偏振光脉冲输出至其第三端口。

5.根据权利要求1所述的一种高信噪比量子安全三维成像装置，其特征在于，所述第二分束器与偏振处理及分束模块的一个输出端口相连的光路上还设置有光隔离器，所述光隔离器传输方向为从偏振处理及分束模块到第二分束器。

6.根据权利要求1所述的一种高信噪比量子安全三维成像装置，其特征在于，所述激光器为飞秒脉冲激光器，所述非线性波导的相位匹配宽度小于波分复用器的通道宽度。

7.一种高信噪比量子安全三维成像装置，其特征在于，所述装置包括：

激光器、第一环形器、第一分束器、第二分束器、传输元件、波分复用器、可调延时线、反射模块、传输编码模块、衰减器、第二环形器、准直器、扫描振镜、偏振处理及分束模块、非线性波导、带通滤波片、第一单光子探测器和第二单光子探测器，其中，

所述第一环形器的第一端口、第二端口、第三端口分别对应连接激光器、第一分束器的输入端口、第二单光子探测器；

所述第一分束器的两个输出端口分别连接第二分束器的两个输入端口，构成具有长短臂的不等臂干涉仪；

所述第二分束器的两个输出端口分别连接传输元件的第一端口和偏振处理及分束模块的一个输出端口；

所述传输元件的第二端口和第三端口分别对应连接波分复用器的输入端口和非线性波导的输入端口；

所述非线性波导的输出端口通过带通滤波片连接第一单光子探测器；

所述波分复用器的一个输出端口通过可调延时线连接反射模块；

所述传输编码模块的第一端口、第二端口、第三端口分别对应连接偏振处理及分束模块的另一个输出端口、波分复用器的另一个输出端口、衰减器的输入端口；

所述第二环形器的第一端口、第二端口、第三端口分别对应连接衰减器的输出端口、准直器、偏振处理及分束模块的输入端口；

所述衰减器用于对经传输编码模块编码后的光信号进行衰减产生相应的量子态；

所述量子态经第二环形器传输、准直器扩束以及扫描振镜反射后对目标进行探测；

其中，所述传输编码模块包括第四环形器、第三分束器和相位调制器，

所述第四环形器的第三端口连接第三分束器的输入端口；

所述第三分束器的两个输出端口分别通过长度不同的光路连接相位调制器的两端，构成第一萨格纳克环；

所述第四环形器的第一端口、第二端口、第四端口分别作为传输编码模块的第一端口、第二端口、第三端口。

8.根据权利要求7所述的一种高信噪比量子安全三维成像装置，其特征在于，所述偏振处理及分束模块包括偏振控制器和第四分束器，

所述偏振控制器的输出端口与第四分束器的输入端口相连；

所述偏振控制器的输入端口和第四分束器的两个输出端口分别作为偏振处理及分束模块的输入端口和两个输出端口。

9.根据权利要求7所述的一种高信噪比量子安全三维成像装置，其特征在于，所述反射模块为第五分束器，其两个输出端口通过保偏光路直接相连，构成第二萨格纳克环。

10.根据权利要求7所述的一种高信噪比量子安全三维成像装置，其特征在于，所述传输元件包括第五环形器，其第一端口、第二端口、第三端口分别作为传输元件的第一端口、第二端口、第三端口。

11.根据权利要求7所述的一种高信噪比量子安全三维成像装置，其特征在于，所述第二分束器与偏振处理及分束模块的一个输出端口相连的光路上还设置有光隔离器，所述光隔离器传输方向为从偏振处理及分束模块到第二分束器。

12.根据权利要求7所述的一种高信噪比量子安全三维成像装置，其特征在于，所述激光器为飞秒脉冲激光器，所述非线性波导的相位匹配宽度小于波分复用器的通道宽度。

13.一种高信噪比量子安全三维成像方法，其特征在于，由权利要求1-12任一项所述的一种高信噪比量子安全三维成像装置执行如下步骤：

步骤S1：激光器产生的光脉冲进入不等臂干涉仪产生双脉冲后，被波分复用器分成第一波长的泵浦光和第二波长的信号光；信号光进入传输编码模块随机产生3种时间相位编码态，衰减到预定强度后产生相应的量子态，扩束到扫描振镜，再照射到目标进行二维扫描；

步骤S2：当扫描振镜扫描到目标平面的第i个像素时，目标将发射量子态反射后形成回波量子态，经扫描振镜、准直器收集后被偏振处理及分束，产生偏振态相同的第一回波分量和第二回波分量；

步骤S3：所述第一回波分量与经过延时和反射的泵浦光返回波分复用器进行合波，随后二者进入非线性波导进行参量上转换，经带通滤波片滤波后得到和频光进入第一单光子探测器进行探测，通过可调延时线扫描泵浦光的延时，并分别记录不同延时下第一单光子探测器两个时间窗口在预定时间内的探测计数，得到两个探测计数均达到最大时对应的延时量以及两个探测计数之和，分别作为第i个像素点的深度和强度信息；

步骤S4：所述第二回波分量返回不等臂干涉仪进行干涉，产生的干涉光信号进入第二单光子探测器进行探测，记录第二单光子探测器的响应结果作为探测序列，并与相应的发射量子态进行比对后计算出第i个像素点的误码率Ei；

步骤S5：控制扫描振镜扫描目标平面的第i+1个像素，重复步骤S2-步骤S4直到扫描完目标平面的所有像素，得到每个像素的深度和强度信息，以及误码率Ei；利用成像算法根据每个像素的深度和强度信息进行三维成像，并根据每个像素的误码率Ei计算出平均误码率Ea，当平均误码率Ea大于误码率阈值Et时，判断目标存在欺骗干扰。