[发明专利]一种全光纤高速偏振控制系统和方法

说明书

技术领域

本发明涉及偏振控制的技术领域，特别涉及一种基于双向Sagnac环工作方式的全光纤高速偏振控制方案，可以高精度，高稳定性，高速地实现对光场偏振方向的控制，具体涉及一种全光纤高速偏振控制系统和方法。

背景技术

量子保密通信作为一个新兴的领域是目前国际研究的热点之一，通信双方将一个真随机数比特序列加载在一串单光子上，通过量子信道最终建立相同的密钥，从而实现量子密钥分发。通常的实验系统分为相位编码和偏振编码两种，而无论采用哪种编码方案，精确控制偏振态直接关系着系统的稳定性和误码率。在自由空间的量子保密通信系统中，已有很高速的电光相位调制器可用来实现偏振控制。1992Bennett等人在自由空间的量子保密通信演示系统中,就利用泡克耳斯盒实现了光四种偏振态的随机输出。但在较为成熟的全光纤量子密钥分发系统中，通常采用光纤偏振控制器来实现对偏振态的调节与纠正。而传统的光纤偏振控制器件是一种无源器件，通过对光纤的挤压来控制输出光的偏振方向。这种机械式的控制方法只可用于一般的静态偏振态的调节，通常可用于相位编码的全光纤量子密钥分发系统中，但对于偏振编码的全光纤量子密钥分发系统，则需要对光子偏振态进行高速的调制，这种机械式的无源光纤偏振控制器很难达到精确与高效的控制。其实，偏振控制的研究几乎是与单模光纤的出现同时开始的；随着光纤通信的迅速发展，偏振控制技术一直在不断地更新。1979年,Johnson首先提出了基于电磁挤压的光纤型偏振控制器.此后相继出现了电光晶体型、法拉第旋转型、以及延迟耦合型等各种各样的偏振控制器。1989年Aarts与Khoe研制了一种新型无端偏振控制器，解决了偏振控制的复位问题，为其实用化奠定了基础。2002年Hirabayashi与Amano研制成功了低压液晶偏振控制器。2003年Yoshino等提出了高速全光纤偏振控制器。2011年范飞等人提出了多功能磁光子晶体太赫兹可调偏振控制器件。尽管如此，对于偏振编码的量子密钥分发系统，仍旧需要高速精准的偏振控制器来实现高效的信息加载。所以高速、精确、低成本的偏振控制器仍然是偏振控制的主要研究方向。在量子密钥分发实验系统中，为了获得高速的信息加载，通常采用多台激光器产生各种偏振光然后再利用偏振分束器将这些不同偏振态的光耦合进同一信道中的方法来替代偏振控制器。此方法虽然解决了偏振控制的精准与高效的问题。但它的最大缺点是实现成本非常大，而且控制系统十分复杂，对控制电路的精确度以及同步性要求十分的高。

因此，目前尚没有一种结构简单，成本低廉，稳定性高可以解决光纤中偏振高速、精确控制的方案。

发明内容

本发明的目的在于，为克服上述问题，本发明提供了一种全光纤高速偏振控制系统及方法。

为实现上述目的，本发明提供了一种全光纤高速偏振控制系统，其特征在于，所述系统包含：

脉冲激光器，用于产生一恒定偏振态的激光脉冲；

偏振控制器，用于将脉冲激光器产生的激光脉冲转为45°的偏振方向；

偏振分光束器，用于将45°偏振方向的激光脉冲分成两束强度相等的偏振方向正交的激光脉冲Λ1和Λ2；并利用偏振分束器和相位调制器搭建一个双向Sagnac环结构，所述激光脉冲Λ1和Λ2沿所述双向Sagnac环即传播方向相反且光程相等传输后,在偏振分束器处发生叠加输出某一特定偏振态的光；

其中，所述偏振控制器和偏振分束器通过一环形器相连。

上述偏振控制器采用PC器件。

上述电光相位调制器工作于单线偏振状态，且该器件的输入和输出口均用保偏光纤。

基于上述系统本发明还提供了一种全光纤高速偏振控制方法，所述方法包含：

步骤101）由脉冲激光器产生一恒定偏振态的激光脉冲，所述恒定偏振态为45°线偏振光；

步骤102）利用偏振分束器将激光脉冲分成两束强度相等的偏振方向正交的激光脉冲Λ1和Λ2；

步骤103）将激光脉冲Λ1和Λ2经过Sagnac环传输至偏振分束器，且在传输过程中通过相位调制器对激光脉冲Λ1或者Λ2进行相位调制；

步骤104）传输至偏振分束器的激光脉冲Λ1和Λ2会叠加产生并输出某一特定偏振态的光；

其中，所述的Sagnac环利用偏振分束器和相位调制器搭建而成。

上述步骤104）之后还包含：

步骤105）通过电光相位调制器的调制从而改变两束激光脉冲Λ1和Λ2之间的相位差，进而改变叠加后的输出光的偏振态。