用于量子密鑰分發(fā)的偏振編碼調(diào)制器及偏振編碼方法

本發(fā)明涉及量子通信，更具體地，涉及一種用于量子密鑰分發(fā)的偏振編碼調(diào)制器及偏振編碼方法。

背景技術(shù)：

1、量子密鑰分發(fā)通過將密鑰信息編碼在光子的偏振或相位等物理維度上，可實現(xiàn)無條件安全的密鑰分配。例如在偏振編碼量子密鑰分發(fā)時，通常需要調(diào)制水平偏振態(tài)、垂直偏振態(tài)，45度偏振態(tài)、135度偏振態(tài)。此外，量子密鑰分發(fā)普遍采用弱相干態(tài)光源，為保障安全性和密鑰生成速率，需對弱相干態(tài)進(jìn)行光強(qiáng)度調(diào)制，這被稱為誘騙態(tài)方法。因此，實用化量子密鑰分發(fā)系統(tǒng)需要滿足光子編碼維度調(diào)制和光強(qiáng)調(diào)制兩個需求。當(dāng)前，編碼維度調(diào)制和光強(qiáng)度調(diào)制任務(wù)通常由多個器件獨(dú)立完成，在集成度和穩(wěn)定性上有所欠缺。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、有鑒于此，本發(fā)明實施例提供了一種用于量子密鑰分發(fā)的偏振編碼調(diào)制器及偏振編碼方法。

2、本發(fā)明實施例的一個方面提供了一種用于量子密鑰分發(fā)的偏振編碼調(diào)制器，包括：

3、第一分束器，用于對輸入光信號進(jìn)行分束處理，得到第一光信號和第二光信號；

4、第一干涉儀，用于對上述第一光信號進(jìn)行信號調(diào)制，得到第一調(diào)制信號，其中，上述第一調(diào)制信號的偏振平行于偏振分束器的慢軸；

5、第二干涉儀，用于對上述第二光信號進(jìn)行信號調(diào)制，得到第二調(diào)制信號，其中，上述第一干涉儀和上述第二干涉儀均具有相位調(diào)制參數(shù)，上述第二調(diào)制信號的偏振平行于上述偏振分束器的快軸；

6、上述偏振分束器，用于對上述第一調(diào)制信號和上述第二調(diào)制信號進(jìn)行合束處理，得到輸出光信號；

7、其中，通過對上述第一干涉儀和上述第二干涉儀的相位調(diào)制參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，以實現(xiàn)不同偏振態(tài)的編碼調(diào)制。

8、根據(jù)本發(fā)明的實施例，上述第一干涉儀包括：

9、第二分束器，用于對上述第一光信號進(jìn)行分束處理，得到第三光信號和第四光信號；

10、第一相位調(diào)制器，用于對上述第三光信號進(jìn)行相位調(diào)制處理，得到第一初始調(diào)制信號，其中，上述第一相位調(diào)制器具有第一相位調(diào)制參數(shù)；

11、第二相位調(diào)制器，用于對上述第四光信號進(jìn)行相位調(diào)制處理，得到第二初始調(diào)制信號，其中，上述第二相位調(diào)制器具有第二相位調(diào)制參數(shù)；

12、第三分束器，用于對上述第一初始調(diào)制信號和上述第二初始調(diào)制信號進(jìn)行合束處理，得到上述第一調(diào)制信號。

13、根據(jù)本發(fā)明的實施例，上述第二干涉儀包括：

14、第四分束器，用于對上述第二光信號進(jìn)行分束處理，得到第五光信號和第六光信號；

15、第三相位調(diào)制器，用于對上述第五光信號進(jìn)行相位調(diào)制處理，得到第三初始調(diào)制信號，其中，上述第三相位調(diào)制器具有第三相位調(diào)制參數(shù)；

16、第四相位調(diào)制器，用于對上述第六光信號進(jìn)行相位調(diào)制處理，得到第四初始調(diào)制信號，其中，上述第四相位調(diào)制器具有第四相位調(diào)制參數(shù)；

17、第五分束器，用于對上述第三初始調(diào)制信號和上述第四初始調(diào)制信號進(jìn)行合束處理，得到上述第二調(diào)制信號。

18、根據(jù)本發(fā)明的實施例，上述第一調(diào)制信號的強(qiáng)度系數(shù)為，相位為，其中，為第一相位調(diào)制參數(shù)，為第二相位調(diào)制參數(shù)。

19、根據(jù)本發(fā)明的實施例，上述第二調(diào)制信號的強(qiáng)度系數(shù)為，相位為，其中，為第三相位調(diào)制參數(shù)，為第四相位調(diào)制參數(shù)。

20、根據(jù)本發(fā)明的實施例，在制備偏振態(tài)強(qiáng)度為的輸出光信號的情況下，第一相位調(diào)制參數(shù)、第二相位調(diào)制參數(shù)、第三相位調(diào)制參數(shù)、第四相位調(diào)制參數(shù)滿足如下約束條件：

21、

22、

23、

24、

25、

26、

27、其中，為強(qiáng)度系數(shù)，，為水平偏振態(tài)，為垂直偏振態(tài)，為45度偏振態(tài)、為135度偏振態(tài)、為左旋偏振態(tài)、為右旋偏振態(tài)。

28、根據(jù)本發(fā)明的實施例，上述不同偏振態(tài)包括水平偏振態(tài)、垂直偏振態(tài)、45度偏振態(tài)、135度偏振態(tài)、左旋偏振態(tài)和右旋偏振態(tài)。

29、本發(fā)明實施例的另一個方面提供了一種用于量子密鑰分發(fā)的偏振編碼方法，包括：

30、利用第一分束器對輸入光信號進(jìn)行分束處理，得到第一光信號和第二光信號；

31、利用第一干涉儀對上述第一光信號進(jìn)行信號調(diào)制，得到第一調(diào)制信號，其中，上述第一調(diào)制信號的偏振平行于偏振分束器的慢軸；

32、利用第二干涉儀對上述第二光信號進(jìn)行信號調(diào)制，得到第二調(diào)制信號，其中，上述第一干涉儀和上述第二干涉儀均具有相位調(diào)制參數(shù)，上述第二調(diào)制信號的偏振平行于上述偏振分束器的快軸；

33、利用上述偏振分束器對上述第一調(diào)制信號和上述第二調(diào)制信號進(jìn)行合束處理，得到輸出光信號；

34、其中，通過對上述第一干涉儀和上述第二干涉儀的相位調(diào)制參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，以實現(xiàn)不同偏振態(tài)的編碼調(diào)制。

35、根據(jù)本發(fā)明的實施例，利用第一干涉儀對上述第一光信號進(jìn)行信號調(diào)制，得到第一調(diào)制信號，包括：

36、利用第二分束器對上述第一光信號進(jìn)行分束處理，得到第三光信號和第四光信號；

37、利用第一相位調(diào)制器對上述第三光信號進(jìn)行相位調(diào)制處理，得到第一初始調(diào)制信號，其中，上述第一相位調(diào)制器具有第一相位調(diào)制參數(shù)；

38、利用第二相位調(diào)制器對上述第四光信號進(jìn)行相位調(diào)制處理，得到第二初始調(diào)制信號，其中，上述第二相位調(diào)制器具有第二相位調(diào)制參數(shù)；

39、利用第三分束器對上述第一初始調(diào)制信號和上述第二初始調(diào)制信號進(jìn)行合束處理，得到上述第一調(diào)制信號。

40、根據(jù)本發(fā)明的實施例，利用第二干涉儀對上述第二光信號進(jìn)行信號調(diào)制，得到第二調(diào)制信號，包括：

41、利用第四分束器對上述第二光信號進(jìn)行分束處理，得到第五光信號和第六光信號；

42、利用第三相位調(diào)制器對上述第五光信號進(jìn)行相位調(diào)制處理，得到第三初始調(diào)制信號，其中，上述第三相位調(diào)制器具有第三相位調(diào)制參數(shù)；

43、利用第四相位調(diào)制器對上述第六光信號進(jìn)行相位調(diào)制處理，得到第四初始調(diào)制信號，其中，上述第四相位調(diào)制器具有第四相位調(diào)制參數(shù)；

44、利用第五分束器對上述第三初始調(diào)制信號和上述第四初始調(diào)制信號進(jìn)行合束處理，得到上述第二調(diào)制信號。

45、根據(jù)本發(fā)明的實施例，通過第一分束器對輸入光信號進(jìn)行分束處理，得到第一光信號和第二光信號，分別利用第一干涉儀和第二干涉儀對第一光信號和第二光信號進(jìn)行信號調(diào)制，得到第一調(diào)制信號和第二調(diào)制信號，利用偏振分束器對第一調(diào)制信號和第二調(diào)制信號進(jìn)行合束處理，得到輸出光信號。本發(fā)明實施例的偏振編碼調(diào)制器能夠在單一器件上實現(xiàn)強(qiáng)度和偏振維度的調(diào)制，從而提高了量子密鑰分發(fā)系統(tǒng)的集成度和穩(wěn)定性。

技術(shù)特征：

1.一種用于量子密鑰分發(fā)的偏振編碼調(diào)制器，其特征在于，包括：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的偏振編碼調(diào)制器，其特征在于，所述第一干涉儀包括：

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的偏振編碼調(diào)制器，其特征在于，所述第二干涉儀包括：

4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的偏振編碼調(diào)制器，其特征在于，所述第一調(diào)制信號的強(qiáng)度系數(shù)為，相位為，其中，為第一相位調(diào)制參數(shù)，為第二相位調(diào)制參數(shù)。

5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的偏振編碼調(diào)制器，其特征在于，所述第二調(diào)制信號的強(qiáng)度系數(shù)為，相位為，其中，為第三相位調(diào)制參數(shù)，為第四相位調(diào)制參數(shù)。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的偏振編碼調(diào)制器，其特征在于，在制備偏振態(tài)強(qiáng)度為的輸出光信號的情況下，第一相位調(diào)制參數(shù)、第二相位調(diào)制參數(shù)、第三相位調(diào)制參數(shù)、第四相位調(diào)制參數(shù)滿足如下約束條件：

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的偏振編碼調(diào)制器，其特征在于，所述不同偏振態(tài)包括水平偏振態(tài)、垂直偏振態(tài)、45度偏振態(tài)、135度偏振態(tài)、左旋偏振態(tài)和右旋偏振態(tài)。

8.一種用于量子密鑰分發(fā)的偏振編碼方法，其特征在于，包括：

9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的偏振編碼方法，其特征在于，利用第一干涉儀對所述第一光信號進(jìn)行信號調(diào)制，得到第一調(diào)制信號，包括：

10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的偏振編碼方法，其特征在于，利用第二干涉儀對所述第二光信號進(jìn)行信號調(diào)制，得到第二調(diào)制信號，包括：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明提供了一種用于量子密鑰分發(fā)的偏振編碼調(diào)制器及偏振編碼方法。該偏振編碼調(diào)制器包括第一分束器，用于對輸入光信號進(jìn)行分束處理，得到第一光信號和第二光信號；第一干涉儀，用于對第一光信號進(jìn)行信號調(diào)制，得到第一調(diào)制信號，其中，第一調(diào)制信號的偏振平行于偏振分束器的慢軸；第二干涉儀，用于對第二光信號進(jìn)行信號調(diào)制，得到第二調(diào)制信號，其中，第一干涉儀和第二干涉儀均具有相位調(diào)制參數(shù)，第二調(diào)制信號的偏振平行于偏振分束器的快軸；偏振分束器，用于對第一調(diào)制信號和第二調(diào)制信號進(jìn)行合束處理，得到輸出光信號；其中，通過對第一干涉儀和第二干涉儀的相位調(diào)制參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，以實現(xiàn)不同偏振態(tài)的編碼調(diào)制。

技術(shù)研發(fā)人員：范元冠杰,王雙,銀振強(qiáng),謝蔚鑫,陳巍,何德勇,周政,王紡翔,郭光燦,韓正甫
受保護(hù)的技術(shù)使用者：中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/23