[发明专利]一种基于时分-模分复用的多用户sagnac环QKD系统及方法

权利要求书

1.一种基于时分-模分复用的多用户sagnac环QKD系统，其特征在于：包括依次连接的Alice端，量子与经典融合链路以及多用户Bob端；

所述Alice端包括可变光衰减器VOA、可变光延迟线VODL、相位调制器PMA、法拉第旋转镜FM、信号发生器Signal1；所述可变光衰减器VOA、可变光延迟线VODL、相位调制器PMA和法拉第旋转镜FM依次连接；所述信号发生器Signal1与所述可变光延迟线VODL和相位调制器PMA连接；

所述多用户Bob端包括激光器LD、光隔离器ISO、时分复用模块、光环形器OC、单光子探测器D1、单光子探测器D2、耦合器BS3、法拉第旋转器FR、多用户复用模块、偏振分束器PBS；所述激光器LD、光隔离器ISO、时分复用模块和光环形器OC依次连接；所述单光子探测器D1通过光环形器与所述耦合器BS3连接；所述单光子探测器D2和耦合器BS3连接；所述耦合器BS3通过法拉第旋转器FR和多用户复用模块与偏振分束器PBS连接；

所述激光器LD产生的光信号，经过光隔离器ISO后变成水平偏振光，进入时分复用模块转换为不同的高阶模式，通过光环形器OC进入到耦合器BS3中进行耦合，然后分别进入多用户复用模块和法拉第旋转器FR所在支路，在偏振分束器PBS处汇合后，经所述量子与经典融合链路进入Alice端，通过可变光衰减器VOA、光延迟线VODL与相位调制器PMA后，经法拉第反射镜FM反射后，在可变光衰减器VOA处衰减成单光子水平，即经可变光衰减器VOA衰减后变为量子信号，并通过量子与经典融合链路返回多用户Bob端，在偏振分束器PBS处分成两路，原先走多用户复用模块所在支路的信号，返回时走法拉第旋转器FR所在支路；原先走法拉第旋转器FR所在支路的信号，返回时多用户复用模块所在支路，最终两路信号在耦合器BS3处发生干涉，根据干涉的结果，通过所述单光子探测器D1与单光子探测器D2进行响应；

所述时分复用模块包括耦合器BS1、m个模式转换器MC、m个光开关OS和耦合器BS2；所述m个模式转换器MC与所述m个光开关OS一一对应连接；所述m个模式转换器MC与所述耦合器BS1连接；所述m个光开关OS与所述耦合器BS2连接；其中，m2且m为整数；

所述多用户复用模块包括模式复用器MDM4、n个相位调制器PMB、n个光延迟线DL、信号发生器Signal2、模式复用器MDM3；模式复用器MDM4与所述耦合器BS3连接；所述n个相位调制器PMB与所述模式复用器MDM4和信号发生器Signal2连接；所述n个相位调制器PMB与n个光延迟线DL一一对应连接；所述n个光延迟线DL与所述模式复用器MDM3连接；所述模式复用器MDM3与所述偏振分束器PBS连接；其中，n2且n为整数；

由于所述多用户复用模块所在的支路含有光延迟线，将该支路称为长臂，含有法拉第旋转器FR的支路称为短臂。

2.根据权利要求1所述的一种基于时分-模分复用的多用户sagnac环QKD系统，其特征在于：所述m个模式转换器MC用于将由激光器LD出来的处于基模的信号，转换为不同的高阶模式的信号；所述m个光开关OS用于对光信号进行有序的控制，在不同的时间段内只允许一路光信号由耦合器BS2进入光路。

3.根据权利要求2所述的一种基于时分-模分复用的多用户sagnac环QKD系统，其特征在于：在长臂中，光脉冲依次通过模式复用器MDM4、Bob端相位调制器PMB、延迟线DL后，在模式复用器MDM3处发生耦合；

返回多用户Bob端的信号，原先走长臂的信号，返回时走短臂；原先走短臂的信号，返回时走长臂，最终两路信号在耦合器BS3处发生干涉。

4.根据权利要求3所述的一种基于时分-模分复用的多用户sagnac环QKD系统，其特征在于：在所述多用户Bob端中，由长臂进入Alice端的信号，在相位调制器PMA处加载相位并在法拉第旋转镜FM反射后由短臂返回；由短臂进入Alice端的信号，在法拉第旋转镜FM发射后由长臂返回，并在相位调制器PMB处加载了相位