CN210839599U - 一种量子密钥发射机及量子密钥分发系统 - Google Patents
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Abstract
本申请提供一种量子密钥发射机及量子密钥分发系统，其中量子密钥发射机包括光源模块以及时间相位调制模块；时间相位调制模块包括第一光路、第二光路、合束器、高速偏振调制器以及偏振分束器，通过高速偏振调制器与偏振分束器，选择光脉冲输入至第一光路和/或第二光路，通过第一光路和第二光路不同的路径长度，在单位时间上构建出不同状态的脉冲对，因此本申请的不需要强度调制器即可完成时间态和相位态的调制，采用本申请的方案够达到的效果可以高达40dB左右，因此本申请量子密钥发射机发出的信号消光比较高，可增加系统成码率和最远成码距离，同时也提高了接收机的灵敏度。
Description
技术领域
本申请涉及量子保密通信技术领域，具体涉及一种量子密钥发射机及量子密钥分发系统。
背景技术
量子保密通信是近年来发展起来的新型通信技术，是量子理论和信息论相结合产生的新学科，它利用量子物理的基本特性来实现通信的无条件安全。其中，量子密钥分发(QKD)作为量子通信技术中最早实现商用化的分支十余年来已经引起广泛关注，并获得了快速发展。
QKD是利用物质(如光子)的量子特性来设计加解密方案，其安全性是基于量子力学的基本原理而不是数学计算的复杂性。QKD利用海森堡不确定性原理和未知量子态不可克隆原理来发现窃听的存在，理论上确保了信息的无条件安全性。在实际应用中，QKD利用这一原理，可使事先没有共享秘密信息的双建立通信密钥，再采用香农已证明的“一次一密”密码通信，即可保证双方的通信安全。
目前，最常用的QKD协议是BB84协议(Bennett和Brassard，1984)，这是由于该协议已被证明可以抵御最普通的攻击集合的事实。BB84结合诱骗态方案能很好地解决非理想单光子源安全隐患，是目前应用最广泛和实用化程度最高的方案。
还有一种是BB84协议的更简单版本，即所谓的“三态协议”。Fung等人三态协议这个协议可以抵御一般的攻击，Tamaki等人证明了三态协议是具有丢失容忍性的，这意味着即使在光源不完善的情况下三态协议也可以在长距离上进行通信，除此之外理论也证明了三态协议的性能与BB84协议的性能完全相同。
目前基于三态协议的QKD的发射机如图1所示，包括依次相连接的光源、马赫曾德尔(MZ) 不等臂干涉仪以及强度调制器(IM)，光源发射的每光脉冲经过MZ不等臂干涉仪后分成包括前后两个光脉冲的脉冲对，该光脉冲对进入强度调制器随机消除前一个脉冲和/或者后一个脉冲，或者不进行消光处理，从而进行时间比特、相位比特以及真空态的编码。BB84方案在三态协议的QKD基础上再额外添加一个相位调制器(PM)，即可实现两时间两相位的调制。
但是，现有技术中的设备在实现时间相位编码时，需要通过强度调制器对所形成的脉冲对进行强度调制，比如调制时间态的时，则需要将脉冲对中的一个脉冲压制掉，但是强度调制器并不能全部将压制的脉冲压制掉，通常强度调制器能够达到的效果通常在30dB左右，因此会导致量子密钥发射机发出的信号消光比较低，导致系统成码率和最远成码距离都受到较大影响，也降低接收机的灵敏度。
发明内容
本申请提供一种量子密钥发射机及量子密钥分发系统，以解决现有的方案中调制时间态时需要强度调制器压制掉脉冲对中的其中一个脉冲，从而导致密钥发射机发出的信号消光比较低的问题。
本申请的第一方面提供一种量子密钥发射机，该量子密钥发射机包括光源模块以及时间相位调制模块；
所述时间相位调制模块包括路径选择单元和时间相位编码单元；
所述路径选择单元包括高速偏振调制器以及偏振分束器，所述高速偏振调制器的一端与所述光源模块连接，所述高速偏振调制器的另一端与所述偏振分束器连接；
所述时间相位编码单元包括第一光路、第二光路以及合束器，所述第一光路和第二光路的路径长度不同，所述第一光路和第二光路中的光脉冲通过合束器后输入至主光路中；
所述偏振分束器，用于将高速偏振调制器输出的光脉冲输入至所述第一光路和/或第二光路中。
优选地，所述时间相位调制模块还包括诱骗态调制单元；
所述诱骗态调制单元包括第一强度调制器，所述第一强度调制器设置于所述主光路上。
优选地，所述时间相位调制模块还包括诱骗态调制单元；
所述诱骗态调制单元包括第一强度调制器和第二强度调制器；
所述第一强度调制器设置于所述第一光路上，所述第二强度调制器设置于所述第二光路上。
优选地，所述时间相位编码单元还包括相位调制器，所述相位调制器设置于所述第一光路、所述第二光路或所述主光路上。
优选地，所述光源模块发出的光通过注入锁定的方式获得。
优选地，所述光源模块中的激光器采用电吸收激光器或者内调制激光器。
优选地，所述光源模块发出的光通过斩波的方式获得。
本申请的第二方面提供一种量子密钥分发系统，包括量子密钥发射机以及量子密钥接收机，所述量子密钥发射机采用上述任意一项所述的量子密钥发射机；
所述量子密钥接收机包括第一探测模块，所述第一探测模块包括一端为偏振分束器另一端为第一分束器的不等臂干涉仪以及第一光电探测器，所述第一光电探测器与所述第一分束器两输出端中的一个输出端连接。
优选地，所述第一探测模块还包括第二光电探测器，所述第二光电探测器与所述第一分束器的两输出端中的另一输出端连接。
优选地，所述第一探测模块还包括第二强度调制器，所述第二强度调制器设置于所述不等臂干涉仪的其中一臂上。
优选地，所述量子密钥接收机还包括分束装置以及第二探测模块；
所述第二探测模块包括第三光电探测器，所述第三光电探测器通过光路与分束装置连接；
所述分束装置将接收的量子信号分成两路，一路输入至第一探测模块，另一路输入至第二探测模块。
优选地，所述第二探测模块还包括第二分束器以及第四光电探测器，所述第二分束器的输入端与所述分束装置连接，所述第二分束器的两个输出端分别与第三光电探测器和第四光电探测器连接。
优选地，所述量子密钥接收机还包括第三分束器以及时间解码单元，其中所述第一探测模块还包括第一光开关；
所述第三分束器将接收的量子信号分成两路，一路输入至所述第一探测模块中，另一路输入至所述时间解码单元；
所述时间解码单元为一路或两路光通路；
所述第一光开关用于选择将不等臂干涉仪输出的信号或者时间解码单元输出的信号传输至第一光电探测器。
本申请提供一种量子密钥发射机及量子密钥分发系统，与现有技术相比有以下优点：
本申请的量子密钥发射机包括光源模块以及时间相位调制模块；所述时间相位调制模块包括路径选择单元和时间相位编码单元；所述路径选择单元包括高速偏振调制器以及偏振分束器，所述高速偏振调制器的一端与所述光源模块连接，所述高速偏振调制器的另一端与所述偏振分束器连接；所述时间相位编码单元包括第一光路、第二光路以及合束器，所述第一光路和第二光路的路径长度不同，所述第一光路和第二光路中的光脉冲通过合束器后输入至主光路中；所述偏振分束器，用于将高速偏振调制器输出的光脉冲输入至所述第一光路和/或第二光路中。
其工作原理，高速偏振调制器用于根据需要将接收的光脉冲调制为H光、V光或P光，并将调制后的光脉冲输入至所述偏振分束器；所述偏振分束器，用于将所述H光输入至所述第一光路中，得到第一时间态的量子信号，将所述V光输入至所述第二光路中，得到第二时间态的量子信号，将所述P光分成两路并分别输入至所述第一光路和所述第二光路中，得到第一相位态的量子信号。因此通过高速偏振调制器与偏振分束器，选择光脉冲输入至第一光路和/ 或第二光路，通过第一光路和第二光路不同的路径长度，在单位时间上构建出不同状态的脉冲对，因此本申请的不需要强度调制器即可完成时间态和相位态的调制，采用本申请的方案够达到的效果可以高达40dB左右，因此本申请量子密钥发射机发出的信号消光比较高，可增加系统成码率和最远成码距离，同时也提高了接收机的灵敏度。
附图说明
为了更清楚地说明本申请的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为现有的技术中的量子密钥发射机的结构示意图；
图2为现有的技术中的量子密钥发射机调制的发光状态示意图；
图3为本申请的第一种量子密钥发射机的结构示意图；
图4为本申请的第二种量子密钥发射机的结构示意图；
图5为本申请的第三种量子密钥发射机的结构示意图；
图6为本申请的第四种量子密钥发射机的结构示意图；
图7为本申请的第五种量子密钥发射机的结构示意图；
图8为本申请的第六种量子密钥发射机的结构示意图；
图9为本申请的第七种量子密钥发射机的结构示意图；
图10为本申请的第一种注入锁定的光源模块的结构示意图；
图11为本申请的第二种注入锁定的光源模块的结构示意图；
图12为本申请的电吸收激光器的结构示意图；
图13为本申请的内调制激光器的结构示意图；
图14为本申请的斩波方案的光源模块的结构示意图；
图15为本申请的斩波方案的脉冲调制时序示意图；
图16为本申请的第一种量子密钥接收机的结构示意图；
图17为本申请的第二种量子密钥接收机的结构示意图；
图18为本申请的第三种量子密钥接收机的结构示意图；
图19为本申请的第四种量子密钥接收机的结构示意图；
图20为本申请的第五种量子密钥接收机的结构示意图；
图21为本申请的第六种量子密钥接收机的结构示意图；
图22为本申请的第七种量子密钥接收机的结构示意图；
图23为本申请的第八种量子密钥接收机的结构示意图；
图24为本申请的第九种量子密钥接收机的结构示意图；
图25为本申请的第十种量子密钥接收机的结构示意图；
图26为本申请的第十一种量子密钥接收机的结构示意图；
图27为本申请的第十二种量子密钥接收机的结构示意图。
具体实施方式
为使本申请的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本申请作进一步详细的说明。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。
本申请的第一方面提供一种量子密钥发射机，包括光源模块、量子比特编码模块以及量子态制备模块，其结构请参阅图3所示的示意图：
该量子密钥发射机包括光源模块以及时间相位调制模块；所述时间相位调制模块包括路径选择单元和时间相位编码单元；所述路径选择单元包括高速偏振调制器以及偏振分束器，所述高速偏振调制器的一端与所述光源模块连接，所述高速偏振调制器的另一端与所述偏振分束器连接；所述时间相位编码单元包括第一光路、第二光路以及合束器，所述第一光路和第二光路的路径长度不同，所述第一光路和第二光路中的光脉冲通过合束器后输入至主光路中；所述偏振分束器，用于将高速偏振调制器输出的光脉冲输入至所述第一光路和/或第二光路中。
高速偏振调制器用于根据需要将接收的光脉冲调制为H光、V光或P光，并将调制后的光脉冲输入至所述偏振分束器，其中H光为一个特定偏振方向的光脉冲，V光的偏振方向与 H光的偏振方向垂直，P光偏振方向与H光的偏振方向呈45度夹角。
所述偏振分束器，用于将所述H光输入至所述第一光路中，得到第一时间态的量子信号，将所述V光输入至所述第二光路中，得到第二时间态的量子信号，将所述P光分成两路并分别输入至所述第一光路和所述第二光路中，得到第一相位态的量子信号。
由于第一光路和第二光路的路径长度不同，在单位时间上构建出不同状态的脉冲对，具体的一个实施例如下：假设第一光路的路径长度大于第二光路的路径长度，由于第二光路的路径较短，第二光路中的光脉冲会比第一光路中的脉冲先经过合束器，因此输出后会形成时间上分离的脉冲对。当需要编码|1＞时间态时，则高速偏振调制器将经过的脉冲调制成H光，所述偏振分束器将H光输入至第二光路，而第一光路中没有脉冲，因此输出后会得到在单位时间上得到前一个有脉冲后一个无脉冲的脉冲对，即为|1＞时间态；当需要编码|0＞时间态时，则高速偏振调制器将经过的脉冲调制成V光，所述偏振分束器将V光输入至第一光路，而第二光路中没有脉冲，因此输出后会得到在单位时间上前一个无脉冲后一个有脉冲的脉冲对，此脉冲对即为|0＞时间态；当需要编码|+＞相位态时，则高速偏振调制器将经过的脉冲调制成 P光，所述偏振分束器将P光分成两路并分别输入至所述第一光路和所述第二光路中，因此输出后会得到在单位时间上前一个有脉冲后一个有脉冲的脉冲对，此脉冲对即为|+＞相位态。
因此通过高速偏振调制器与偏振分束器，选择光脉冲输入至第一光路和/或第二光路，通过第一光路和第二光路不同的路径长度，因此本申请的不需要强度调制器即可完成时间态和相位态的调制，采用本申请的方案够达到的效果可以高达40dB左右，因此本申请量子密钥发射机发出的信号消光比较高，可增加系统成码率和最远成码距离，同时也提高了接收机的灵敏度。
所述时间相位调制模块还包括诱骗态调制单元，其中一种实施方式为所述诱骗态调制单元包括第一强度调制器，所述第一强度调制器设置于所述主光路上，如图3所示的示意图。所述主光路为合束器至量子密钥发射出输出端之间的光路，本申请为了调制出时间态的诱骗态和/或相位态的诱骗态，可以在时间态与相位态信号得到后，通过主光路上的第一强度调制器根据需求调制出时间态的诱骗态和/或相位态的诱骗态。
另一种实施方式为：所述诱骗态调制单元包括第一强度调制器和第二强度调制器；所述第一强度调制器设置于所述第一光路上，所述第二强度调制器设置于所述第二光路上如图4 所示的示意图。当不需要诱骗态时，控制第一强度调制器和第二强度调制器不工作，当需要 |1＞时间态的诱骗态时，只需要控制第二强度调制器工作，当需要|0＞时间态的诱骗态时，只需要控制第一强度调制器工作，当需要|+＞相位态的诱骗态时，只需要控制第一强度调制器和第二强度调制器同时工作。
上述的方案量子密钥发射机发出两时间态一相位态的量子信号，该上述适用于三态协议 (three-state protocal)、简化版BB84协议(Simplified BB84 Protocal)或变种三态协议(The variant of three-state protocal)。当需要适用于BB84等4态协议时，即发送两时间态两相位态的量子信号，本申请的所述时间相位编码单元还包括相位调制器，所述相位调制器设置于所述第一光路、所述第二光路或所述主光路上，如图5-图9所示的示意图。具体工作原理如下：
其中|1＞时间态和|0＞时间态与上述原理相同，本申请不在赘述。编码|+＞相位态和|-＞相位态时，还需要控制高速偏振调制器将经过的脉冲调制成N光，N光的偏振方向与P光的偏振方向垂直，所述偏振分束器也用将N光分成两路并分别输入至所述第一光路和所述第二光路中。
当需要编码|+＞相位态时，则高速偏振调制器将经过的脉冲调制成P光，所述偏振分束器将P光分成两路并分别输入至所述第一光路和所述第二光路中，因此输出后会得到在单位时间上前一个有脉冲后一个有脉冲的脉冲对，若相位调制器设置于第一光路或所述第二光路中时，则相位调制器将第一光路和所述第二光路中的之间的光脉冲相位差调制成0或π，则输出两相位差0或π的脉冲对；若相位调制器设置于主光路上，则在形成脉冲对后将脉冲对中的两脉冲之间的相位差调成0或π，经过相位调制完成后的脉冲对即为|+＞相位态。
当需要编码|-＞相位态时，则高速偏振调制器将经过的脉冲调制成N光，所述偏振分束器将N光分成两路并分别输入至所述第一光路和所述第二光路中，因此输出后会得到在单位时间上前一个有脉冲后一个有脉冲的脉冲对，若相位调制器设置于第一光路或所述第二光路中时，则相位调制器将第一光路和所述第二光路中的之间的光脉冲相位差调制成0或π，则输出两相位差0或π的脉冲对；若相位调制器设置于主光路上，则在形成脉冲对后将脉冲对中的两脉冲之间的相位差调成0或π，经过相位调制完成后的脉冲对即为|-＞相位态。需要明确的是当|+＞相位态中的两脉冲之间的相位差为0时，则|-＞相位态中的两脉冲之间的相位差为π时，当|+＞相位态中的两脉冲之间的相位差为π时，则|-＞相位态中的两脉冲之间的相位差为0时。
因此本申请还可以编码出两种时间态与两种相位态，在编码4态时，也是通过高速偏振调制器与偏振分束器，选择光脉冲输入至第一光路和/或第二光路，通过第一光路和第二光路不同的路径长度，因此本申请的不需要强度调制器即可完成4态的调制，采用本申请的方案够达到的效果可以高达40dB左右，因此本申请量子密钥发射机发出的信号消光比较高，可增加系统成码率和最远成码距离，同时也提高了接收机的灵敏度。
需要说明的是若经过第一强度调制器和/或第二强度调制器调制后所输出的量子信号平均强度值低于单光子强度，则可不需要量子态制备模块。当然，本申请的量子密钥发射机还可以包括所述量子态制备模块，用于将编码完成的量子比特信号衰减至所需强度，一般是采用光衰减器(ATT)将编码完成的量子信号的平均强度值衰减至单光子强度以下。除此之外，本申请的ATT可以用两个光开关以及位于两个光开关之间的多个不同规格固定衰减器替代。
所述光源模块发出的光通过注入锁定的方式获得。此时光源模块的结构主要有两种，如图10以及图11所示的示意图，一类如图10所示的示意图，该类结构包括主激光器、不等臂干涉仪以及从激光器，不等臂干涉仪将主激光器发射的每个光脉冲分成在时间上分离的脉冲对，每个脉冲对的两个相干脉冲的相位差始终保持恒定，例如相位差为0，脉冲对与脉冲对之间的相位随机变化，所生成的脉冲对经过环形器后注入至从激光器中，用于激励从激光器发出相位随机变化且两个相干脉冲的相位差始终保持恒定的脉冲对，该脉冲对经过环形器后输入至量子比特编码模块，用于量子比特编码。另一类如图11所示的示意图，该类结构包括主激光器以及从激光器，主激光器发射的每个光脉冲经过环形器后注入至从激光器中，用于激励从激光器发出相位随机变化且两个相干脉冲的相位差始终保持恒定的脉冲对，其中主激光器发射的脉宽宽度在时域上至少要覆盖从激光器发射两个脉冲的时域范围，从激光器发射的脉冲对经过环形器后输入至量子比特编码模块，用于量子比特编码。采用注入锁定方式发射的脉冲对光谱更优，系统成码率指标更好。
本申请的光源模块中的激光器还可以采用电吸收激光器或者内调制激光器，其中电吸收激光器的结构如图12所示，发光控制信号由端口1输入至电吸收激光器中，发光控制信号控制电吸收激光器发出光脉冲，电吸收控制信号由端口2输入至电吸收激光器中，用于吸收电吸收激光器的发出光脉冲的强度。因此当需要调制真空态时，控制电吸收控制信号输入至电吸收激光器中吸收掉光脉冲的部分强度，当需要调制信号态的诱骗态时，控制电吸收控制信号输入至电吸收激光器中吸收一部分发出光脉冲的强度。当然，若选择的电吸收激光器不能够完全调制出需要的光脉冲强度，则也可通过第一强度调制器和/或第二强度调制器进一步的按照需求将光脉冲调制成所需要的状态，若选择的电吸收激光器能够完全调制出需要的光脉冲强度，也可省略本申请的第一强度调制器和/或第二强度调制器。
另一种采用内调制激光器的结构如图13所示，第一控制信号由端口1输入至内调制激光器中，第二控制信号由端口2输入至内调制激光器中，第一控制信号与第二控制信号一起控制内调制激光器的发光状态，例如：当输入第一控制信号以及第二控制信号后，内调制激光器发射出由两个相干脉冲组成的脉冲对；若降低第一控制信号以及第二控制信号的输入强度，则内调制激光器发射出由两个强度较弱的相干脉冲组成的脉冲对；若输入第一控制信号无输入第二控制信号，则内调制激光器发射出由前一个为空脉冲后一个为脉冲组成的脉冲对；若输入较弱强度的第一控制信号无输入第二控制信号，则内调制激光器发射出由前一个为空脉冲后一个为较弱强度的脉冲组成的脉冲对；若输入第二控制信号无输入第一控制信号，内调制激光器发射出由前一个为脉冲后一个为空脉冲组成的脉冲对，若输入强度较弱的第二控制信号无输入第一控制信号，内调制激光器发射出由前一个为强度较弱的脉冲后一个为空脉冲组成的脉冲对；若无输入第二控制信号也无输入第一控制信号，则内调制激光器发射出真空脉冲对。总之，可根据调制情况，通过控制输入的第一控制信号与第二控制信号使内调制激光器的发出所需脉冲，当然，若选择的内调制激光器不能够完全调制出需要的光脉冲强度，则也可通过第一强度调制器和/或第二强度调制器进一步的按照需求将光脉冲调制成所需要的状态，若选择的内调制激光器能够完全调制出需要的光脉冲强度，也可省略本申请的第一强度调制器和/或第二强度调制器。
所述光源模块发出的光通过斩波的方式获得。此时，所述的光源模块具体结构请参阅图 14所示的示意图，包括依次相连接的激光器以及第三强度调制器。具体工作时的时序示意图如图15所示，所述激光器发射连续光，所述强度调制器将经过的连续光按照需求压制成脉冲光。
本申请的第二方面提供一种量子密钥分发系统，包括量子密钥发射机以及量子密钥接收机，所述量子密钥发射机采用上述任意一项所述的量子密钥发射机；
所述量子密钥接收机包括第一探测模块，所述第一探测模块包括一端为偏振分束器另一端为第一分束器BS1的不等臂干涉仪以及第一光电探测器D0，所述第一光电探测器D0与所述第一分束器BS1两输出端中的一个输出端连接，如图16所示的示意图。所述第一探测模块还包括第二光电探测器D1，所述第二光电探测器D1与所述第一分束器BS1的两输出端中的另一输出端连接，如图17所示的示意图。
所述第一探测模块还包括第二强度调制器，所述第二强度调制器设置于所述不等臂干涉仪的其中一臂上，如图18和图19所示的示意图。工作时，所述第二强度调制器将经过的光脉冲的强度压制为0，则接收的光脉冲无法进行干涉，此时第一光电探测器D0和/或第二光电探测器D1探测的是利用时间基矢编码的量子信号，所述第二强度调制器不工作时，相位基矢编码的量子比特才在量子密钥接收机发生干涉，才能进行探测相位基矢编码的量子信号。因此，通过主动控制所述第二强度调制器的工作状态，即可选择探测利用时间基矢编码的量子比特和/或利用相位基矢编码的量子比特。
所述量子密钥接收机还包括分束装置以及第二探测模块；所述第二探测模块包括第三光电探测器D2，所述第三光电探测器D2通过光路与分束装置连接；所述分束装置将接收的量子信号分成两路，一路输入至第一探测模块，另一路输入至第二探测模块，如图20和图21 所示的示意图。所述第二探测模块还包括第二分束器BS2以及第四光电探测器D3，所述第二分束器BS2的输入端与所述分束装置连接，所述第二分束器的两个输出端分别与第三光电探测器和第四光电探测器连接，如图22和图23所示的示意图。
其中所述分束装置可以是光开关，通过光开关主动选择探测利用相位基失编码的相位态信号还是利用时间基失编码的时间态信号，具体为通过光开关将接收到的量子信号输入至第一探测模块或第二探测模块中，第一探测模块中包括有不等臂干涉仪使得光脉冲发生干涉，可对利用相位基失编码的相位态信号进行探测，第二探测模块为一条光路，不能使得光脉冲发生干涉，因而可探测利用时间基失编码的时间态信号。当然所述分束装置还可以是光分/合束器(BS)，光分/合束器(BS)将经过的光脉冲分为两束，一束输入至第一探测模块，另一束输入至第二探测模块，第一探测模块主要用于探测利用相位基失编码的相位态信号，第二探测模块主要用于探测利用时间基失编码的相位态信号。
所述量子密钥接收机还包括第三分束器BS3以及时间解码单元，其中所述第一探测模块还包括第一光开关；所述第三分束器BS3将接收的量子信号分成两路，一路输入至所述第一探测模块中，另一路输入至所述时间解码单元；所述时间解码单元为一路或两路光通路；所述第一光开关用于选择将不等臂干涉仪输出的信号或者时间解码单元输出的信号传输至第一光电探测器D0，如图24-图27所示的示意图。其中第一探测模块中含有不等臂干涉仪，可使得相位编码的量子信号发生干涉，不等臂干涉仪可以只有一个输出端，也可以有两个输出端；时间解码单元为光信号通道，可只有一条光信号通道，也可利用第二分束器BS2得到两条光信号通道；所述第一光开关选择将不等臂干涉仪输出的信号或者时间解码单元输出的信号传输至第一光电探测器D0。例如，若需要探测相位基矢时，则控制第一光开光将不等臂干涉仪输出的信号传输至第一光电探测器D0，若需要探测时间基矢时，则控制第一光开光将时间解码单元输出的信号传输至第一光电探测器D0。
除此之外，本申请的量子密钥发射机中不等臂干涉仪的输入端为偏振合束器PBS，量子密钥接收机的第一探测模块中的不等臂干涉仪输入端也为偏振分束器PBS，这样就可以使得在量子密钥发射机中第一光路的光在量子密钥接收机中走不等臂干涉仪的短臂，在量子密钥发射机中第二光路的光在量子密钥接收机中走不等臂干涉仪的长臂，使得相位态中的光脉冲对走的路径相同，相对于现有技术而言能够减少系统3dB的损耗，增加系统成码率以及最远成码距离。
以上结合具体实施方式和范例性实例对本申请进行了详细说明，不过这些说明并不能理解为对本申请的限制。本领域技术人员理解，在不偏离本申请精神和范围的情况下，可以对本申请技术方案及其实施方式进行多种等价替换、修饰或改进，这些均落入本申请的范围内。本申请的保护范围以所附权利要求为准。
Claims (13)
1.一种量子密钥发射机，其特征在于，该量子密钥发射机包括光源模块以及时间相位调制模块；
所述时间相位调制模块包括路径选择单元和时间相位编码单元；
所述路径选择单元包括高速偏振调制器以及偏振分束器，所述高速偏振调制器的一端与所述光源模块连接，所述高速偏振调制器的另一端与所述偏振分束器连接；
所述时间相位编码单元包括第一光路、第二光路以及合束器，所述第一光路和第二光路的路径长度不同，所述第一光路和第二光路中的光脉冲通过合束器后输入至主光路中；
所述偏振分束器，用于将高速偏振调制器输出的光脉冲输入至所述第一光路和/或第二光路中。
2.根据权利要求1所述的量子密钥发射机，其特征在于，所述时间相位调制模块还包括诱骗态调制单元；
所述诱骗态调制单元包括第一强度调制器，所述第一强度调制器设置于所述主光路上。
3.根据权利要求1所述的量子密钥发射机，其特征在于，所述时间相位调制模块还包括诱骗态调制单元；
所述诱骗态调制单元包括第一强度调制器和第二强度调制器；
所述第一强度调制器设置于所述第一光路上，所述第二强度调制器设置于所述第二光路上。
4.根据权利要求1-3任意一项所述的量子密钥发射机，其特征在于，所述时间相位编码单元还包括相位调制器，所述相位调制器设置于所述第一光路、所述第二光路或所述主光路上。
5.根据权利要求1所述的量子密钥发射机，其特征在于，所述光源模块发出的光通过注入锁定的方式获得。
6.根据权利要求1所述的量子密钥发射机，其特征在于，所述光源模块中的激光器采用电吸收激光器或者内调制激光器。
7.根据权利要求1所述的量子密钥发射机，其特征在于，所述光源模块发出的光通过斩波的方式获得。
8.一种量子密钥分发系统，包括量子密钥发射机以及量子密钥接收机，其特征在于，所述量子密钥发射机采用权利要求1-7任意一项所述的量子密钥发射机；
所述量子密钥接收机包括第一探测模块，所述第一探测模块包括一端为偏振分束器另一端为第一分束器的不等臂干涉仪以及第一光电探测器，所述第一光电探测器与所述第一分束器两输出端中的一个输出端连接。
9.根据权利要求8所述的量子密钥分发系统，其特征在于，所述第一探测模块还包括第二光电探测器，所述第二光电探测器与所述第一分束器的两输出端中的另一输出端连接。
10.根据权利要求8所述的量子密钥分发系统，其特征在于，所述第一探测模块还包括第二强度调制器，所述第二强度调制器设置于所述不等臂干涉仪的其中一臂上。
11.根据权利要求8-10任意一项所述的量子密钥分发系统，其特征在于，所述量子密钥接收机还包括分束装置以及第二探测模块；
所述第二探测模块包括第三光电探测器，所述第三光电探测器通过光路与分束装置连接；
所述分束装置将接收的量子信号分成两路，一路输入至第一探测模块，另一路输入至第二探测模块。
12.根据权利要求11所述的量子密钥分发系统，其特征在于，所述第二探测模块还包括第二分束器以及第四光电探测器，所述第二分束器的输入端与所述分束装置连接，所述第二分束器的两个输出端分别与第三光电探测器和第四光电探测器连接。
13.根据权利要求8所述的量子密钥分发系统，其特征在于，所述量子密钥接收机还包括第三分束器以及时间解码单元，其中所述第一探测模块还包括第一光开关；
所述第三分束器将接收的量子信号分成两路，一路输入至所述第一探测模块中，另一路输入至所述时间解码单元；
所述时间解码单元为一路或两路光通路；
所述第一光开关用于选择将不等臂干涉仪输出的信号或者时间解码单元输出的信号传输至第一光电探测器。
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN111934869A (zh) * | 2020-09-18 | 2020-11-13 | 北京中创为南京量子通信技术有限公司 | 一种基于主动基矢选择的偏振解码装置及方法 |
| CN116170081A (zh) * | 2023-04-26 | 2023-05-26 | 军事科学院系统工程研究院网络信息研究所 | 基于链路感知的量子通信协议自动切换方法 |
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2019
- 2019-12-06 CN CN201922180122.4U patent/CN210839599U/zh active Active
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| CN116170081B (zh) * | 2023-04-26 | 2023-08-04 | 中国人民解放军军事科学院系统工程研究院 | 基于链路感知的量子通信协议自动切换方法 |
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