[实用新型]基于萨格奈克干涉仪的时间相位编码装置及量子密钥分发系统

说明书

本实用新型公开了一种用于量子密钥分发的时间相位编码装置及量子密钥分发系统，其包括信号光光源1、强度调制器2、光学传输单元3和合束单元4，所述强度调制器2包括萨格奈克干涉仪21和第一相位调制器22，其中在一个时间周期内通过第一相位调制器22施加0、π/2、π和3π/2中的一个的相位调制值来实现时间相位编码，从而提供与环境无关且易于控制的时间相位编码过程。

技术领域

本发明涉及量子保密通信领域，特别涉及一种稳定的基于萨格奈克(Sagnac)干涉仪的用于量子密钥分发的时间相位编码装置，以及量子密钥分发系统。

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。

在现有技术中，存在多种时间相位编码方案。在常见的时间相位编码结构中，通常同时设置有用于时间编码的强度调制器和用于相位编码的相位调制器。然而，这种结构中由于需要设置较多的光学器件，其可能会对结构设计及控制方面提供更为严格的要求。因此，现有技术中提出了一种利用对称的马赫曾德(MZ)干涉仪和非对称的马赫曾德(MZ)干涉仪来提供时间相位编码的方案，如图1所示。根据现有技术中对图1所示编码结构的描述，在这种结构，虽然减少了对相位调制元件的设置，但是在控制稳定性方面仍然存在一些困难，且通过研究发现，其需要利用PLC(Planar Lightwave Circuits)技术来实现MZ干涉仪才能够较好地控制其稳定性，这显然对于应用造成了一定的局限性。

此外，本发明人还注意到，时间相位编码准确性与相位调制器的相位调制稳定性极其相关，而相位调制(例如实际输出给相位调制器的驱动电压值，或者相位调制器本身的半波电压，或者相位调制的延时位置)在不同的环境温度下可能会偏离预设值，导致施加的相位调制量可能会随外界环境变化而变化，不能很好地满足量子密钥分发中对量子态编码的要求。

因此，现有技术中需要一种结构简单、易于控制、工作高效稳定的时间相位编码装置和方法。

发明内容

针对现有技术中存在的上述问题，本发明提出了一种基于萨格奈克干涉仪的时间相位编码装置及方法，其中借助基于萨格奈克干涉仪的强度调制器，可以无需额外设置相位调制器即可实现时间相位(四态)的编码过程，并且编码装置结构简单、稳定性好且易于控制。

根据本发明，用于量子密钥分发的时间相位编码装置可以包括信号光光源1、强度调制器2、第一光学传输单元3和合束单元4。所述信号光光源1可以用于提供信号光。所述强度调制器2可以包括萨格奈克干涉仪21和第一相位调制器22。所述萨格奈克干涉仪21包括萨格奈克环路211和设置于所述环路211上的第一分束单元212，并且所述第一相位调制器22设置于所述环路211上，以使得所述强度调制器2能够接收来自所述信号光光源1的光，使其分成沿相反方向在所述环路中传播的两个相干光，并最终生成输出第一干涉光和第二干涉光。所述第一干涉光和所述第二干涉光分别经第一光路和第二光路传输至所述合束单元4，并且所述合束单元4被配置成接收所述第一干涉光和第二干涉光并使其合成一路输出。

优选地，所述第一分束单元具有1:1的分光比，且优选为分束器。

进一步地，所述第一光路和所述第二光路可以关于所述干涉光具有不同的光程。

进一步地，在一个时间周期内，所述第一相位调制器22在所述两个相干光之间调制出的相位差可以包括0、π/2、π和3/2π中的一个。