CN210867715U - 相位调制偏振编解码装置和量子密钥分发系统 - Google Patents

Abstract

一种相位调制偏振编解码装置和量子密钥分发系统，该装置包括：光传输装置、双折射相位调制器、偏振正交旋转反射装置、第一及第二保偏传输光路，光传输装置包括第一、第二和第三端口，第一端口接收光脉冲；第二端口将光脉冲通过第一保偏传输光路传输至双折射相位调制器，接收传输回至第一保偏传输光路的光脉冲然后传输至第三端口输出；双折射相位调制器具有两个端口，一个端口与第二端口光耦合，另一个端口与偏振正交旋转反射装置光耦合；偏振正交旋转反射装置将光脉冲的两个正交偏振态进行偏振正交旋转反射；相位调制器对第一和第二保偏传输光路传输来的光脉冲之一进行相位调制，或进行不同的相位调制。由此通过相位调制更快地调制光脉冲偏振态。

Description

相位调制偏振编解码装置和量子密钥分发系统

技术领域

本实用新型涉及光传输保密通信技术领域，尤其涉及一种相位调制偏振编解码装置和量子密钥分发系统。

背景技术

量子保密通信技术是量子物理与信息科学相结合的前沿热点领域。基于量子密钥分发技术和一次一密密码原理，量子保密通信可在公开信道实现信息的安全传输。量子密钥分发基于量子力学海森堡不确定关系、量子不可克隆定理等物理原理，能够实现在用户之间安全地共享密钥，并可以检测到潜在的窃听行为，可应用于国防、政务、金融、电力等高安全信息传输需求的领域。

偏振编码量子密钥分发采用两组正交偏振态进行编码，随着技术发展和应用需求，高速量子密钥分发成为一个趋势，对偏振编码而言需要随机高速产生四种偏振态的光脉冲。常规地采用多个激光器、每个激光器产生一种偏振态的方案，但因多个激光器存在的不一致性，如中心波长不一致，会导致密钥分发的安全性遭到威胁。通过单个激光器实现光脉冲偏振态的高速稳定调制是偏振编码量子密钥分发应用的重要问题。

实用新型内容

本实用新型的主要目的在于提出一种相位调制偏振编解码装置和基于该装置的量子密钥分发系统，以解决偏振编码量子密钥分发系统中采用单个激光器实现高速稳定调制光脉冲偏振态的难题。

本实用新型提供至少以下技术方案：

1.一种相位调制偏振编解码装置，其特征在于，包括：光传输装置、双折射相位调制器、偏振正交旋转反射装置、分别与所述光传输装置和所述双折射相位调制器光耦合的第一保偏传输光路以及分别与所述双折射相位调制器和所述偏振正交旋转反射装置光耦合的第二保偏传输光路，其中，

所述光传输装置包括第一端口、第二端口和第三端口，所述光传输装置的第一端口被设置用于接收一路输入光脉冲，所述光传输装置的第二端口被设置用于将所接收的输入光脉冲通过所述第一保偏传输光路传输至所述双折射相位调制器，所述光传输装置的第二端口进一步用于接收经所述第一保偏传输光路传输回的光脉冲，所述光传输装置将传输回到所述光传输装置的第二端口的光脉冲传输至所述光传输装置的第三端口输出；

所述双折射相位调制器具有两个端口，所述两个端口中的一个通过所述第一保偏传输光路与所述光传输装置的第二端口光耦合，所述两个端口中的另一个通过所述第二保偏传输光路与所述偏振正交旋转反射装置光耦合；

所述偏振正交旋转反射装置被设置用于将从所述双折射相位调制器输出至所述第二保偏传输光路的光脉冲的两个正交偏振态进行偏振正交旋转反射，使得经过所述偏振正交旋转反射装置的反射后，该路光脉冲的两个正交偏振态分别变换成与其正交的偏振态；其中，

所述双折射相位调制器被设置用于：对通过所述第一保偏传输光路传输来的光脉冲和通过所述第二保偏传输光路传输来的光脉冲之一进行相位调制，或者，对通过所述第一保偏传输光路传输来的光脉冲和通过所述第二保偏传输光路传输来的光脉冲进行不同的相位调制。

2.根据方案1所述的相位调制偏振编解码装置，其特征在于，所述偏振正交旋转反射装置为四分之一波片反射镜，所述四分之一波片反射镜包括反射镜和四分之一波片，所述反射镜在所述四分之一波片的后端与所述四分之一波片一体地形成。

3.根据方案1所述的相位调制偏振编解码装置，其特征在于，所述光传输装置为光环形器或光耦合器。

4.根据方案2所述的相位调制偏振编解码装置，其特征在于，所述第一保偏传输光路为第一保偏光纤，和/或所述第二保偏传输光路为第二保偏光纤。

5.根据方案1或3所述的相位调制偏振编解码装置，其特征在于，所述光传输装置为保偏器件，其端口为自由空间端口或保偏光纤端口。

6.根据方案4所述的相位调制偏振编解码装置，其特征在于，经由所述光传输装置的第二端口输出到所述第一保偏光纤的光脉冲沿所述第一保偏光纤的慢轴和快轴投影的振幅分量的大小相同、相对相位为任意相位。

7.根据方案6所述的相位调制偏振编解码装置，其特征在于，经由所述光传输装置的第二端口输出到所述第一保偏光纤的光脉冲为圆偏振态或者为与所述第一保偏光纤的慢轴或快轴夹角为45度的线偏振态。

8.根据方案4所述的相位调制偏振编解码装置，其特征在于，所述第二保偏光纤的慢轴与所述四分之一波片反射镜中的四分之一波片的慢轴或快轴的夹角为45度。

9.一种量子密钥分发系统，其特征在于，包括发射端和接收端，其中：

在所述发射端设置有根据方案1-8中任一项所述的相位调制偏振编解码装置用于偏振编码；和/或

在所述接收端设置有根据方案1-8中任一项所述的相位调制偏振编解码装置用于偏振解码或者偏振解码选基。

10.根据方案9所述的量子密钥分发系统，其特征在于：

在用于偏振解码时，所述量子密钥分发系统的接收端还包括与所述相位调制偏振编解码装置光耦合的起偏器以及与该起偏器光耦合的一个单光子探测器；或者，

在用于偏振解码选基时，所述量子密钥分发系统的接收端还包括与所述相位调制偏振编解码装置光耦合的偏振分束器和与该偏振分束器光耦合的两个单光子探测器。

本实用新型通过创造性的配置，使用双折射相位调制器对通过所述第一保偏传输光路传输来的光脉冲和通过所述第二保偏传输光路传输来的光脉冲之一进行相位调制，或者，对通过所述第一保偏传输光路传输来的光脉冲和通过所述第二保偏传输光路传输来的光脉冲进行不同的相位调制，使得能够通过相位调制实现光脉冲偏振态的高速调制，并且通过采用偏振正交旋转反射装置实现偏振态调制与所述第一保偏传输光路和所述第二保偏传输光路干扰无关。使用本实用新型的相位调制偏振编解码装置和相应的量子密钥分发系统，能够容易地通过调制相位实现高速稳定调制光脉冲偏振态的技术效果，解决上述提到的采用单个激光器难以高速稳定调制光脉冲偏振态的技术问题。本实用新型提供了一种易于实现和应用的相位调制偏振编解码装置和相应的量子密钥分发系统的方案。

附图说明

图1为本实用新型一优选实施方案的一种相位调制偏振编解码装置的组成结构示意图；

图2为本实用新型一优选实施方案的量子密钥分发系统的组成结构示意图；

图3为本实用新型另一优选实施方案的量子密钥分发系统的组成结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图来具体描述本实用新型的实施方案，其中，附图构成本申请一部分，并与本实用新型的实施方案一起用于阐释本实用新型的原理。为了清楚和简化目的，当其可能使本实用新型的主题模糊不清时，对本文所描述的器件的已知功能和结构的详细具体说明将省略。

根据本实用新型的一方面，提供了一种相位调制偏振编解码装置，所述相位调制偏振编解码装置包括：光传输装置、双折射相位调制器、偏振正交旋转反射装置、分别与所述光传输装置和所述双折射相位调制器光耦合的第一保偏传输光路以及分别与所述双折射相位调制器和所述偏振正交旋转反射装置光耦合的第二保偏传输光路。

具体地，所述光传输装置包括第一端口、第二端口和第三端口，所述光传输装置的第一端口被设置用于接收一路输入光脉冲，所述光传输装置的第二端口被设置用于将所接收的输入光脉冲通过所述第一保偏传输光路传输至所述双折射相位调制器，所述光传输装置的第二端口进一步用于接收经所述第一保偏传输光路传输回的光脉冲，所述光传输装置将传输回到所述光传输装置的第二端口的光脉冲传输至所述光传输装置的第三端口输出。

优选地，所述光传输装置为光环形器或光耦合器。另外，优选地，所述光传输装置为保偏器件，所述光传输装置的第一端口、第二端口和第三端口可以为自由空间端口或保偏光纤端口。

所述双折射相位调制器具有两个端口，所述两个端口中的一个通过所述第一保偏传输光路与所述光传输装置的第二端口光耦合，所述两个端口中的另一个通过所述第二保偏传输光路与所述偏振正交旋转反射装置光耦合。

所述偏振正交旋转反射装置被设置用于将从所述双折射相位调制器输出至所述第二保偏传输光路的光脉冲的两个正交偏振态进行偏振正交旋转反射，使得经过所述偏振正交旋转反射装置的反射后，该路光脉冲的两个正交偏振态分别变换成与其正交的偏振态。

优选地，所述偏振正交旋转反射装置为四分之一波片反射镜，所述四分之一波片反射镜包括反射镜和四分之一波片，所述反射镜在所述四分之一波片的后端与所述四分之一波片一体地形成。

所述双折射相位调制器被设置用于：对通过所述第一保偏传输光路传输来的光脉冲和通过所述第二保偏传输光路传输来的光脉冲之一进行相位调制，或者，对通过所述第一保偏传输光路传输来的光脉冲和通过所述第二保偏传输光路传输来的光脉冲进行不同的相位调制。

优选地，所述第一保偏传输光路为第一保偏光纤，和/或所述第二保偏传输光路为第二保偏光纤。

图1示出本实用新型一优选实施方案的相位调制偏振编解码装置。如图 1所示，所述相位调制偏振编解码装置包括以下组成部分：光传输装置102、双折射相位调制器104、分别与所述光传输装置和所述双折射相位调制器光耦合的第一保偏光纤103、分别与所述双折射相位调制器和所述偏振正交旋转反射装置光耦合的第二保偏光纤105以及偏振正交旋转反射装置106(下称“反射装置”106)。

光传输装置102包含三个端口，分别为第一端口A、第二端口B和第三端口C。光传输装置102的第一端口A(即，端口101)为相位调制偏振编解码装置的输入端口，被设置用于接收一路输入光脉冲。光传输装置102的第三端口C(即，端口107)为相位调制偏振编解码装置的输出端口。所述光传输装置的第二端口B被设置用于将所接收的输入光脉冲通过所述第一保偏光纤103传输至所述双折射相位调制器104，所述光传输装置的第二端口B进一步用于接收经由所述第一保偏光纤103传输回的光脉冲，然后将传输回的光脉冲传输至所述光传输装置的第三端口C输出。具体地，输入至光传输装置102的第一端口A的光脉冲从光传输装置102的第二端口B输出至第一保偏光纤103，在经过双折射相位调制器104之后经由第二保偏光纤105传输至偏振正交旋转反射装置106，所述偏振正交旋转反射装置106将经由相位调制的光脉冲经过偏振正交旋转反射后，经由第二保偏光纤105返回至第一保偏光纤103的光脉冲到达光传输装置102的第二端口B，并从光传输装置 102的第三端口C输出。

优选地，光传输装置102可以为三端口光环形器或1×2光耦合器。优选地，光传输装置102为保偏器件，其端口为自由空间端口或保偏光纤端口。

双折射相位调制器104具有两个端口，所述两个端口中的一个(例如，图1中的左侧端口)通过所述第一保偏光纤103与所述光传输装置的第二端口B光耦合，所述两个端口中的另一个(例如，图1中的右侧端口)通过所述第二保偏光纤105与所述偏振正交旋转反射装置106光耦合。

偏振正交旋转反射装置106被设置用于将从所述双折射相位调制器输出至所述第二保偏光纤的光脉冲的两个正交偏振态进行偏振正交旋转反射，使得经过所述偏振正交旋转反射装置的反射后，该路光脉冲的两个正交偏振态分别变换成与其正交的偏振态，并且反射后的两个正交偏振态之间的相位与反射前的两个正交偏振态之间的相位相同。

双折射相位调制器104被设置用于：对通过所述第一保偏光纤103传输来的光脉冲和通过所述第二保偏光纤105传输来的光脉冲之一进行相位调制，或者，对通过所述第一保偏光纤103传输来的光脉冲和通过所述第二保偏光纤105传输来的光脉冲进行不同的相位调制。换言之，双折射相位调制器104仅对经由双折射相位调制器的两个端口之一输入的光脉冲进行相位调制，或者对由两个端口输入的光脉冲进行不同的相位调制。双折射相位调制器104适于对通过其的光脉冲的两个正交偏振态施加不同的可调的相位调制。例如，双折射相位调制器可以为铌酸锂双折射相位调制器，通过控制施加至铌酸锂晶体的电压，可以对通过该铌酸锂双折射相位调制器的两个正交偏振态各自所经受的相位调制进行控制和调整。

在本文中，偏振正交旋转反射装置能够将一路输入光脉冲的两个正交偏振态分别进行偏振正交旋转反射，使得经过所述偏振正交旋转反射装置的反射后，该路光脉冲的两个正交偏振态分别变换成与其正交的偏振态，并且反射后的两个正交偏振态之间的相位与反射前的两个正交偏振态之间的相位相同。举例而言，假设输入光脉冲的这两个正交偏振态分别为x偏振态和y偏振态，沿光路传输到一个偏振正交旋转反射装置的光脉冲的x偏振态在反射装置处经偏振正交旋转反射后变换成与其正交的偏振态即y偏振态，沿光路传输到该反射装置的光脉冲的y偏振态在偏振正交旋转反射装置处经偏振正交旋转反射后变换成与其正交的偏振态即x偏振态，并且反射后y偏振态和 x偏振态之间的相位与反射前x偏振态和y偏振态之间的相位相同。

具体地，偏振正交旋转反射装置106能够将第二保偏光纤105慢轴和快轴对应的正交偏振态反射后分别变换为与其正交的偏振态。例如，偏振正交旋转反射装置106将第二保偏光纤105慢轴输入的光脉冲反射后由第二保偏光纤105快轴输出；偏振正交旋转反射装置106将第二保偏光纤105快轴输入的光脉冲反射后由第二保偏光纤105慢轴输出。

根据一种可能的配置，偏振正交旋转反射装置106为四分之一波片反射镜，所述四分之一波片反射镜包括反射镜和四分之一波片，所述反射镜在所述四分之一波片的后端与所述四分之一波片一体地形成。优选地，所述第二保偏光纤的慢轴与所述四分之一波片反射镜中的四分之一波片的慢轴或快轴的夹角为45度。

在一个实施方案中，经由光传输装置102的第二端口B输出的光脉冲沿所述第一保偏光纤的慢轴和快轴投影的振幅分量的大小相同、相对相位为任意相位。下面对沿所述第一保偏光纤的慢轴和快轴投影的振幅分量的大小相同、相对相位为任意相位的光脉冲进行举例说明。假设沿保偏光纤慢轴和快轴传输的偏振光分别为x偏振态和y偏振态，分别用

表示。光脉冲的振幅可表示为

其中A、B分别表示x偏振态和y偏振态的振幅大小且 A＝B，相对相位

为任意相位。从而投影到保偏光纤慢轴的振幅分量为A，投影到保偏光纤快轴的振幅分量为

两个振幅分量的大小相同、相对相位为任意相位。优选地，经由光传输装置102的第二端口B输出的光脉冲为圆偏振态或者为与所述第一保偏光纤的慢轴或快轴夹角为45度的线偏振态。

如果将光环形器102替换为1×2光耦合器，上述结果不受影响。

下面将结合一个具体的实施例来描述本实用新型的相位调制偏振编解码装置的工作过程。

线偏振光脉冲经由端口101(也即光传输装置102的第一端口A)输入相位调制偏振编解码装置，然后经由光传输装置102的第二端口B输出到第一保偏光纤103，输入第一保偏光纤103的光脉冲的偏振态与所述第一保偏光纤103的慢轴的夹角为45度，输入第一保偏光纤103的光脉冲可以分为第一分量光脉冲和第二分量光脉冲(例如，水平分量和竖直分量)，所述第一分量光脉冲和第二分量光脉冲可以例如分别沿第一保偏光纤103慢轴和快轴传输至双折射相位调制器104。假设第一分量光脉冲沿双折射相位调制器104慢轴传输并输出至第二保偏光纤105慢轴传输，然后第一分量光脉冲继续沿第二保偏光纤105慢轴传输至偏振正交旋转反射装置106并经偏振正交旋转反射装置106反射后分别沿第二保偏光纤105快轴、相位调制器104快轴、第一保偏光纤103快轴依次返回传输，并输出至光传输装置102的第二端口B，然后由光传输装置102的第三端口C输出。假设第二分量光脉冲沿双折射相位调制器104快轴传输并输出至第二保偏光纤105快轴传输，然后第二分量光脉冲继续沿第二保偏光纤105快轴传输至偏振正交旋转反射装置106并经偏振正交旋转反射装置106反射后分别沿第二保偏光纤105慢轴、相位调制器104慢轴、第一保偏光纤103慢轴依次返回传输，并输出至光传输装置102 的第二端口B，然后由光传输装置102的第三端口C输出。

仅当光脉冲由第一保偏光纤103输入双折射相位调制器104传输时，或仅当光脉冲由第二保偏光纤105输入双折射相位调制器104传输时，对双折射相位调制器104进行相位调制。换言之，所述双折射相位调制器仅对往返通过双折射相位调制器的光脉冲进行一次调制。从而，可以通过调制光脉冲的两个分量(两个正交偏振态分量)之间的相位差，进而达到调制光脉冲偏振态的功能。或者，在一个替代实施例中，当光脉冲由第一保偏光纤103输入双折射相位调制器104传输时，以及当光脉冲由第二保偏光纤105输入双折射相位调制器104传输时，双折射相位调制器104分别对二者进行不同的相位调制，从而达到调制光脉冲偏振态的功能。

由于偏振正交旋转反射装置106为能够将输入的光脉冲的两个偏振态分别进行偏振正交旋转反射的装置，所以双折射相位调制器104、第一保偏光纤103以及第二保偏光纤105的慢轴和快轴引起的光脉冲的两个分量之间的 (未调制时存在的固有的)相位差以及插损不一致能够实现自动补偿。由此，光脉冲的偏振调制仅与双折射相位调制器104对光脉冲的两个分量(两个正交偏振态分量)进行相位调制产生的相位差相关，从而可以实现稳定的偏振态调制。通过使用双折射相位调制器104对通过第一保偏光纤103传输来的光脉冲和通过第二保偏光纤105传输来的光脉冲之一进行相位调制，或者对通过第一保偏光纤103传输来的光脉冲和通过第二保偏光纤105传输来的光脉冲进行不同的相位调制，能够使用双折射相位调制器104来进行高速调制光脉冲两个正交偏振态之间的相位差，进而实现高速偏振态调制。

本实用新型的另一方面，提供一种量子密钥分发系统，包括发射端和接收端，其中：在所述发射端设置有上述的相位调制偏振编解码装置用于偏振编码；和/或在所述接收端设置有上述的相位调制偏振编解码装置用于偏振解码或者偏振解码选基。

在一个实施方案中，在用于偏振解码时，所述量子密钥分发系统的接收端还包括与所述相位调制偏振编解码装置光耦合的起偏器以及与该起偏器光耦合的一个单光子探测器；或者，在用于偏振解码选基时，所述量子密钥分发系统的接收端还包括与所述相位调制偏振编解码装置光耦合的偏振分束器和与该偏振分束器光耦合的两个单光子探测器。

图2示出本实用新型一优选实施方案的量子密钥分发系统的组成结构示意图。图2中所示的量子密钥分发系统包括以下组成部分：激光器201、强度调制器202、偏振编码器203、衰减器204、量子信道205、偏振控制器206、偏振解码选基装置207、偏振分束器208以及单光子探测器209和210。

具体地，激光器201、强度调制器202、偏振编码器203和衰减器204被设置在量子密钥分发系统的发射端，其中：激光器201用于产生光脉冲；强度调制器202用于对激光器201产生的光脉冲随机进行强度调制产生诱骗态；偏振编码器203为上述的相位调制偏振编解码装置，其可以用于对光脉冲进行偏振编码；衰减器204用于将光脉冲衰减到单光子状态输出。

量子信道205被设置在量子密钥分发系统的发射端和接收端之间，用于传输单光子光脉冲。量子信道205可以是光波导、光纤、自由空间、分立光学元件、平面波导光学元件、纤维光学元件或上述中任意两个以上组合成的光传播通道。

偏振控制器206、偏振解码选基装置207、偏振分束器208以及单光子探测器209和210被设置在量子密钥分发系统的接收端，其中：偏振控制器206 用于调控单光子光脉冲的偏振态；偏振解码选基装置207为上述的相位调制偏振编解码装置，其可以用于对单光子光脉冲进行偏振解码选基；偏振分束器208用于将单光子光脉冲偏振分束后输出至单光子探测器，与偏振解码选基装置207一起构成偏振解码装置；单光子探测器209和210用于对偏振分束器208输出的单光子光脉冲进行探测，并根据探测结果以及量子密钥分发协议进行量子密钥分发。

在工作中，在发射端，激光器201发射光脉冲进入强度调制器202，强度调制器202对光脉冲随机进行强度调制产生信号态和诱骗态并输出至偏振编码器203。偏振编码器203对光脉冲随机进行四种偏振态编码(例如编码到±45度线偏振态和左/右旋圆偏振态)后输出至衰减器204。衰减器204将编码后的光脉冲衰减为单光子光脉冲(例如衰减到每脉冲平均0.1个光子) 后输出至量子信道205。量子信道205可以为单模光纤或自由空间，单光子光脉冲经量子信道205传输至接收端进行偏振解码。

在接收端，单光子光脉冲输入偏振控制器206，偏振控制器206用于补偿单光子光脉冲偏振解码前偏振态受量子信道和发射端、接收端光路双折射的影响而导致的偏振态变化。从偏振控制器206输出的单光子光脉冲输入偏振解码选基装置207进行偏振解码选基(例如选择对应±45度线偏振态编码的对角基和对应左/右旋圆偏振态的圆偏振基)。从偏振解码选基装置207输出的单光子光脉冲输入偏振分束器208进行偏振分束，经偏振分束器208偏振分束后的光脉冲输入至单光子探测器209或210进行结果探测。偏振编码器203和偏振解码选基装置207均可以通过上述结合图1所描述的相位调制偏置编解码装置实现，并且按照量子密钥分发协议分别对光脉冲进行偏振编码和偏振解码选基，从而根据量子密钥分发协议进行密钥分发。

图3示出本实用新型一优选实施方案的量子密钥分发系统的组成结构示意图。图3中所示的量子密钥分发系统包括以下组成部分：激光器301、强度调制器302、偏振编码器303、衰减器304、量子信道305、偏振控制器306、偏振解码器307、起偏器308，以及单光子探测器309。

具体地，类似于图2中的发射端，在图3中，激光器301、强度调制器 302、偏振编码器303、衰减器304被设置在量子密钥分发系统的发射端，其中激光器301用于产生光脉冲；强度调制器302用于对激光器301产生的光脉冲随机进行强度调制产生诱骗态；偏振编码器303为上述的相位调制偏振编解码装置，用于对光脉冲进行偏振编码；衰减器304用于将光脉冲衰减到单光子状态输出。

类似于图2中的量子信道，量子信道305被设置在量子密钥分发系统的发射端和接收端之间，用于传输单光子光脉冲。量子信道305也可以是光波导、光纤、自由空间、分立光学元件、平面波导光学元件、纤维光学元件或上述中任意两个以上组合成的光传播通道。

偏振控制器306、偏振解码器307、起偏器308，以及单光子探测器309 被设置在量子密钥分发系统的接收端，其中：偏振控制器306用于调控单光子光脉冲的偏振态；偏振解码器307为上述的相位调制偏振编解码装置，其用于对单光子光脉冲进行偏振解码；起偏器308用于对单光子光脉冲进行起偏输出；单光子探测器309用于对起偏器308输出的单光子光脉冲进行探测，并根据探测结果以及量子密钥分发协议进行量子密钥分发。

在工作中，类似于图2中的发射端，在图3中的发射端，激光器301发射光脉冲进入强度调制器302，强度调制器302对光脉冲随机进行强度调制，产生信号态和诱骗态并输出至偏振编码器303。偏振编码器303对光脉冲随机进行四种偏振态编码(例如编码到±45度线偏振态和左/右旋圆偏振态)后输出至衰减器304。衰减器304将编码后的光脉冲衰减为单光子光脉冲(例如衰减到每脉冲平均0.1个光子)后输出至量子信道305。量子信道305可以为单模光纤或自由空间，单光子光脉冲经量子信道305传输至接收端进行偏振解码。

在接收端，单光子光脉冲输入偏振控制器306，偏振控制器306用于补偿单光子光脉冲偏振解码前偏振态受量子信道和发射端、接收端光路双折射的影响而导致的偏振态变化。从偏振控制器306输出的单光子光脉冲输入偏振解码器307进行偏振解码(例如对±45度线偏振态和对应左/右旋圆偏振态进行解码)。从偏振解码器307输出的单光子光脉冲输入起偏器308进行起偏，经起偏器308起偏后的光脉冲输入至单光子探测器309进行探测。偏振编码器303和偏振解码器307按照量子密钥分发协议分别对光脉冲进行偏振编码和偏振解码，并根据量子密钥分发协议进行密钥分发。

本文中，由“保偏光纤”形成的传输光路是指采用保偏光纤传输光脉冲的光路或保偏光纤连接形成的光路。

通过具体实施方式的说明，应当可对本实用新型为达成预定目的所采取的技术手段及功效有更加深入且具体的了解，然而所附图示仅是提供参考与说明之用，并非用来对本实用新型加以限制。

Claims (10)

1.一种相位调制偏振编解码装置，其特征在于，包括：光传输装置、双折射相位调制器、偏振正交旋转反射装置、分别与所述光传输装置和所述双折射相位调制器光耦合的第一保偏传输光路以及分别与所述双折射相位调制器和所述偏振正交旋转反射装置光耦合的第二保偏传输光路，其中，

所述光传输装置包括第一端口、第二端口和第三端口，所述光传输装置的第一端口被设置用于接收一路输入光脉冲，所述光传输装置的第二端口被设置用于将所接收的输入光脉冲通过所述第一保偏传输光路传输至所述双折射相位调制器，所述光传输装置的第二端口进一步用于接收经所述第一保偏传输光路传输回的光脉冲，所述光传输装置将传输回到所述光传输装置的第二端口的光脉冲传输至所述光传输装置的第三端口输出；

所述双折射相位调制器具有两个端口，所述两个端口中的一个通过所述第一保偏传输光路与所述光传输装置的第二端口光耦合，所述两个端口中的另一个通过所述第二保偏传输光路与所述偏振正交旋转反射装置光耦合；

所述偏振正交旋转反射装置被设置用于将从所述双折射相位调制器输出至所述第二保偏传输光路的光脉冲的两个正交偏振态进行偏振正交旋转反射，使得经过所述偏振正交旋转反射装置的反射后，该路光脉冲的两个正交偏振态分别变换成与其正交的偏振态；其中，

所述双折射相位调制器被设置用于：对通过所述第一保偏传输光路传输来的光脉冲和通过所述第二保偏传输光路传输来的光脉冲之一进行相位调制，或者，对通过所述第一保偏传输光路传输来的光脉冲和通过所述第二保偏传输光路传输来的光脉冲进行不同的相位调制。

2.根据权利要求1所述的相位调制偏振编解码装置，其特征在于，所述偏振正交旋转反射装置为四分之一波片反射镜，所述四分之一波片反射镜包括反射镜和四分之一波片，所述反射镜在所述四分之一波片的后端与所述四分之一波片一体地形成。

3.根据权利要求1所述的相位调制偏振编解码装置，其特征在于，所述光传输装置为光环形器或光耦合器。

4.根据权利要求2所述的相位调制偏振编解码装置，其特征在于，所述第一保偏传输光路为第一保偏光纤，和/或所述第二保偏传输光路为第二保偏光纤。

5.根据权利要求1或3所述的相位调制偏振编解码装置，其特征在于，所述光传输装置为保偏器件，其端口为自由空间端口或保偏光纤端口。

6.根据权利要求4所述的相位调制偏振编解码装置，其特征在于，经由所述光传输装置的第二端口输出到所述第一保偏光纤的光脉冲沿所述第一保偏光纤的慢轴和快轴投影的振幅分量的大小相同、相对相位为任意相位。

7.根据权利要求6所述的相位调制偏振编解码装置，其特征在于，经由所述光传输装置的第二端口输出到所述第一保偏光纤的光脉冲为圆偏振态或者为与所述第一保偏光纤的慢轴或快轴夹角为45度的线偏振态。

8.根据权利要求4所述的相位调制偏振编解码装置，其特征在于，所述第二保偏光纤的慢轴与所述四分之一波片反射镜中的四分之一波片的慢轴或快轴的夹角为45度。

9.一种量子密钥分发系统，其特征在于，包括发射端和接收端，其中：

在所述发射端设置有根据权利要求1-8中任一项所述的相位调制偏振编解码装置用于偏振编码；和/或

在所述接收端设置有根据权利要求1-8中任一项所述的相位调制偏振编解码装置用于偏振解码或者偏振解码选基。

10.根据权利要求9所述的量子密钥分发系统，其特征在于：

在用于偏振解码时，所述量子密钥分发系统的接收端还包括与所述相位调制偏振编解码装置光耦合的起偏器以及与该起偏器光耦合的一个单光子探测器；或者，

在用于偏振解码选基时，所述量子密钥分发系统的接收端还包括与所述相位调制偏振编解码装置光耦合的偏振分束器和与该偏振分束器光耦合的两个单光子探测器。

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