[发明专利]无需相位调制器的时间相位编码量子密钥分发系统及其组件

说明书

本发明提供了一种无需相位调制器的时间相位编码的量子密钥分发系统及其光源、编码装置和解码装置。其中，本发明的光源结构可以在不借助相位调制器的情况下实现相位基矢编码下的相位调制，从而省略了现有技术中相位调制器和对主激光器调制信号的调制，降低了量子密钥分发系统的复杂度，有利于量子通信网络技术的应用。

技术领域

本发明涉及量子保密通信技术领域，具体涉及无需相位调制器的基于时间相位编码的量子密钥分发系统以及用于该系统的光源、编码装置和解码装置。

背景技术

目前BB84量子密钥分发系统中的编码主要采用偏振编码或相位编码。相比偏振编码，现有的相位编码系统的应用场景比较适合偏振变化比较剧烈的情形，但不一定能很好地应用于长距离架空光缆环境。时间相位编码方案可以解决所有这些问题，其不仅可以做到完全的偏振无关性，而且能大大降低接收端插损，从而提高系统的成码率、成码距离，以及实现抗外界环境扰动的稳定性；同时，还能够更好地适应长距离架空光缆环境。

在现有基于时间相位编码的量子密钥分发系统中，采用了基于注入锁定方式的光源结构，由此改善X、Z基矢的性能。但是在这些量子密钥分发系统中，或者需要通过相位调制器PM在X基矢的2个光脉冲之间加载调制相位0或者π，由此完成时间相位编码中的相位编码(例如参见本申请人的待审未公开的在先申请CN201611217678.0等)，或者通过对主激光器的调制信号的调制进行相位调制来实现X基矢下的编码(例如参见中国专利申请CN201611199570.3)。然而，本申请人发现现有技术的时间相位编码的量子密钥分发系统仍然存在一些问题。

对于采用相位调制器PM进行X基矢下编码的系统，其需要在发送端设置相位调制器PM来调制相位，相应地需要设置相位调制的光电驱动电路。在这种方案中，其需要设置的相位调制器价格上非常昂贵，且相位调制驱动电路中要求电子学信号需要满足约5V左右的平坦的π电压，因此对调制电路要求非常高。另外，在外界环境变化导致驱动电压输出不稳定的情况下，相位调制可能出现偏差，因此，为避免由此引起的误码率升高和安全隐患等问题，还需要设置相应的校准设备，从而增加了整个量子密钥分发系统的成本和复杂度。

对于借助主激光器调制信号的调制来提供X基矢下编码的方案，在发送端中需要对主激光器的调制信号进行非常精确的控制而且调制速率要求很高，这对电子学的驱动电路提出了非常高的要求。另外，在外界环境变化导致驱动电压输出不稳定的情况下，相位调制同样可能出现偏差，因此，为避免由此引起的误码率升高和安全隐患等问题，同样还需要设置相应的校准设备，从而增加了整个量子密钥分发系统的成本和复杂度。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供了一种无需相位调制器的时间相位编码的量子密钥分发系统及其光源，其中，本发明的光源结构可以在不借助相位调制器的情况下实现相位基矢编码下的相位调制，从而省略了现有技术中相位调制器和对主激光器调制信号的调制，降低了量子密钥分发系统的复杂度，有利于量子通信网络技术的应用。

本发明公开了一种可同时用于时间编码和相位编码的光源。该光源可以包括：主激光器，其在一个系统周期内基于主驱动信号源提供的主驱动信号的驱动输出一个主激光器脉冲，以用于形成种子光；以及从激光器，其基于从驱动信号源提供的从驱动信号的驱动在所述种子光的激励下以注入锁定的方式输出从激光器脉冲，用于编码信号光脉冲。其中，所述从驱动信号可以包括第一、第二和第三从驱动信号，且在一个系统周期内，所述第一、第二和第三从驱动信号中的一个被随机地输出以驱动所述从激光器。并且，在所述第一从驱动信号的驱动下，在一个系统周期内，所述从激光器仅输出一个第一从激光器脉冲，且所述第一从激光器脉冲是源于一个所述主激光器脉冲的位于第一时间位置的脉冲部分激励的；在所述第二从驱动信号的驱动下，在一个系统周期内，所述从激光器仅输出一个第二从激光器脉冲，且所述第二从激光器脉冲是源于一个所述主激光器脉冲的位于第二时间位置的脉冲部分激励的；以及，在所述第三从驱动信号的驱动下，在一个系统周期内，所述从激光器输出连续两个第三从激光器脉冲，且所述两个第三从激光器脉冲是分别源于一个所述主激光器脉冲的位于第三时间位置和第四时间位置的脉冲部分激励的。