CN207939524U - 一种基于偏振补偿的量子密钥分配系统 - Google Patents

Abstract

一种基于偏振补偿的量子密钥分配系统，包括发射端与接收端，所述发射端包括信号激光器、强度调制器、环形器、AMZ干涉环以及两路单光子探测器，AMZ干涉环的输出端通过光纤信道连接接收端，两路单光子探测器一路连接环形器第三接口，一路连接AMZ干涉环前端，接收端设置有相位补偿环，所述相位补偿环的出入口分别连接AMZ干涉环。与现有技术相比，本实用新型通过在光信号的相位调制过程中在接收端设置相位补偿环，通过相位补偿环内干涉后将调相后的单光子发送至接收端供单光子探测器探测，利用通过相位补偿，得到较好的干涉结果，避免了光纤传输过程中双折射效应影响光偏振态对干涉结果的影响，同时摒弃了纠偏系统，简化了系统冗杂度，也降低了生产成本。

Description

一种基于偏振补偿的量子密钥分配系统

技术领域

本实用新型涉及光传输安全通信技术领域，特别涉及一种基于偏振补偿的量子密钥分配系统。

背景技术

随着互联网的大范围普及，人类之间的信息传递达到了前所未有的数量和频率，各种隐私信息越来越多地暴露在互联网上，因此，人类对保密通信的需求也到了前所未有的高度。现在的互联网信息安全的加密方式称为“公开密钥”密码体系，其原理是通过加密算法，生成网络上传播的公开密钥，以及留在计算机内部的私人密钥，两个密钥必须配合使用才能实现完整的加密和解密过程。

现代互联网使用的加密标准是20世纪70年代诞生的RSA算法，即利用大数的质因子分解难以计算来保证密钥的安全性。

量子密钥分配是1984年物理学家Bennett和密码学家Brassard提出了基于量子力学测量原理的BB84协议，量子密钥分配可以从根本上保证了密钥的安全性。

现有技术中量子密钥在发射端产生信号光，经过传统的量子信道传输过程中，由于经过光纤信道双折射等作用，其偏振态会有较大变化，影响光信号后期的干涉效果，会造成整体密钥的丢失，目前，为了解决上述问题会在接收端增加纠偏系统，通过纠偏系统来还原光信号的偏振态，但是纠偏系统需要复杂的硬件以及软件部分组成，给整个密钥分配系统带来了整体系统的复杂度以及提高了生产成本。

实用新型内容

本实用新型目的在于提供一种基于偏振补偿的量子密钥分配系统，以解决现有技术中为了解决信号光在量子信道中传输偏振态变化的问题会在接收端增加纠偏系统，通过纠偏系统来还原光信号的偏振态，但是纠偏系统需要复杂的硬件以及软件部分组成，给整个密钥分配系统带来了整体系统的复杂度以及提高了生产成本的技术性缺陷。

本实用新型的技术方案是这样实现的：

一种基于偏振补偿的量子密钥分配系统，包括发射端与接收端，所述发射端包括信号激光器、强度调制器、环形器、AMZ干涉环以及两路单光子探测器，所述信号激光器连接强度调制器，所述强度调制器连接环形器的第一端口，所述环形器的第二端口连接AMZ干涉环，所述AMZ干涉环的输出端通过光纤信道连接接收端，所述两路单光子探测器一路连接环形器第三接口，一路连接AMZ干涉环前端，所述接收端设置有相位补偿环，所述相位补偿环的出入口分别连接AMZ干涉环。

优选地，所述相位补偿环包括第一偏振分束器、第一强度调制器、第一相位调制器、第二强度调制器、第二相位调制器，所述第一偏振分束器前端通过衰减器连接AMZ干涉环，所述第一偏振分束器的垂直分量端依次连接第一强度调制、第二相位调制器，所述第一偏振分束器的水平分量端依次连第一相位调制器、第二强度调制器，所述第二相位调制器与第二强度调制器连接。

优选地，第一强度调制器与第二强度调制器包括第二偏振分束器、第三相位调制器以及调制器法拉第镜，所述第二偏振分束器通过长臂连接调制器法拉第镜、通过短臂连接第三相位调制器，且调制器法拉第镜与第三相位调制器连接成环。

与现有技术相比，本实用新型有以下有益效果：

本实用新型的基于偏振补偿的量子密钥分配系统，通过在光信号的相位调制过程中在接收端设置相位补偿环，通过相位补偿环内干涉后将调相后的单光子发送至接收端供单光子探测器探测，利用通过相位补偿，得到较好的干涉结果，避免了光纤传输过程中双折射效应影响光偏振态对干涉结果的影响，同时摒弃了纠偏系统，简化了系统冗杂度，也降低了生产成本，另外，本系统只需要采用两路单光子探测器进行探测处理，进一步降低了系统的冗杂度，降低了生产成本。

附图说明

图1为本实用新型基于偏振补偿的量子密钥分配系统的原理框图：

图2为本实用新型强度调制器的原理框图。

图中：发射端100，信号激光器101，强度调制器102，环形器103，AMZ干涉环104，单光子探测器105，接收端200，相位补偿环210，第一偏振分束器211，第一强度调制器212，第一相位调制器213，第二强度调制器214，第二相位调制器215，衰减器220，第二偏振分束器300，第三相位调制器400，调制器法拉第镜500。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型进行清楚、完整地描述。

如图1、图2所示，一种基于偏振补偿的量子密钥分配系统，包括发射端100与接收端200，所述发射端100包括信号激光器101、强度调制器102、环形器103、AMZ干涉环104以及两路单光子探测器105，所述信号激光器101连接强度调制器102，所述强度调制器102连接环形器103的第一端口，所述环形器103的第二端口连接AMZ干涉环104，所述AMZ干涉环104的输出端通过光纤信道连接接收端200，所述两路单光子探测器200一路连接环形器103第三接口，一路连接AMZ干涉环104前端，所述接收端200设置有相位补偿环210，所述相位补偿环210的出入口分别连接AMZ干涉环104；所述相位补偿环210包括第一偏振分束器211、第一强度调制器212、第一相位调制器213、第二强度调制器214、第二相位调制器215，所述第一偏振分束器211前端通过衰减器220连接AMZ干涉环104，所述第一偏振分束器211的垂直分量端依次连接第一强度调制212、第二相位调制器214，所述第一偏振分束器211的水平分量端依次连第一相位调制器213、第二强度调制器215，所述第二相位调制器214与第二强度调制器215连接；所述第一强度调制器212与第二强度调制器214包括第二偏振分束器300、第三相位调制器400以及调制器法拉第镜500，所述第二偏振分束器300通过长臂连接调制器法拉第镜500、通过短臂连接第三相位调制器400，且调制器法拉第镜500与第三相位调制器400连接成环。

工作原理：发射端的信号激光器发射出信号光通过强度调制器进行随机强度调制，信号光经过环形器进入AMZ干涉环进行相位调制，调制后的信号光经过光纤信道进入接收端进行相位补偿，相位补偿为：信号光经过衰减器衰减成单光子量级的信号光，该信号光通过第一偏振分束器分成垂直偏振光与水平偏振光，两种偏振光经过相位补偿环中不同方向传输，从而各自通过相位调制器与强度调制器调制后干涉，从而输出干涉后的光信号，并通过光纤信道逆向进入两路单光子探测器进行探测，探测得到的光脉冲用于后续处理产生安全密钥。在此过程中，系统不需要纠偏系统对偏振补偿后的光脉冲进行纠偏，同时也不需要消偏器对光脉冲进行消偏。

综合本实用新型的结构与原理可知，本实用新型的基于偏振补偿的量子密钥分配系统，通过在光信号的相位调制过程中在接收端设置相位补偿环，通过相位补偿环内干涉后将调相后的单光子发送至接收端供单光子探测器探测，利用通过相位补偿，得到较好的干涉结果，避免了光纤传输过程中双折射效应影响光偏振态对干涉结果的影响，同时摒弃了纠偏系统，简化了系统冗杂度，也降低了生产成本，另外，本系统只需要采用两路单光子探测器进行探测处理，进一步降低了系统的冗杂度，降低了生产成本。

Claims (3)

1.一种基于偏振补偿的量子密钥分配系统，其特征在于，包括发射端与接收端，所述发射端包括信号激光器、强度调制器、环形器、AMZ干涉环以及两路单光子探测器，所述信号激光器连接强度调制器，所述强度调制器连接环形器的第一端口，所述环形器的第二端口连接AMZ干涉环，所述AMZ干涉环的输出端通过光纤信道连接接收端，所述两路单光子探测器一路连接环形器第三接口，一路连接AMZ干涉环前端，所述接收端设置有相位补偿环，所述相位补偿环的出入口分别连接AMZ干涉环。

2.如权利要求1所述的基于偏振补偿的量子密钥分配系统，其特征在于，所述相位补偿环包括第一偏振分束器、第一强度调制器、第一相位调制器、第二强度调制器、第二相位调制器，所述第一偏振分束器前端通过衰减器连接AMZ干涉环，所述第一偏振分束器的垂直分量端依次连接第一强度调制、第二相位调制器，所述第一偏振分束器的水平分量端依次连第一相位调制器、第二强度调制器，所述第二相位调制器与第二强度调制器连接。

3.如权利要求2所述的基于偏振补偿的量子密钥分配系统，其特征在于，第一强度调制器与第二强度调制器包括第二偏振分束器、第三相位调制器以及调制器法拉第镜，所述第二偏振分束器通过长臂连接调制器法拉第镜、通过短臂连接第三相位调制器，且调制器法拉第镜与第三相位调制器连接成环。