專利名稱：一種量子密鑰分發(fā)系統(tǒng)的編碼調(diào)制裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及量子通信領(lǐng)域，尤其是一種量子密鑰分發(fā)系統(tǒng)的編碼調(diào)制裝置。
背景技術(shù)：
量子密鑰分發(fā)(Quantum Key Distribution)通過(guò)操縱和傳送量子比特(Qubit)的方法，可在兩地之間分發(fā)任意長(zhǎng)度的一串相同的隨機(jī)數(shù)，即密鑰，可以使用該隨機(jī)數(shù)對(duì)需要傳輸?shù)男畔⑦M(jìn)行加密?；谄窬幋a的BB84方案是一種簡(jiǎn)便的量子密鑰分發(fā)系統(tǒng)編碼方案，最早這種方案由Bennett等人實(shí)現(xiàn)的。采用偏振編碼的量子密鑰分發(fā)方案適用于光纖量子密鑰分發(fā)和自由空間量子密鑰分發(fā)等多種場(chǎng)合，通過(guò)配合信道反饋及量子密鑰分發(fā)的接收和后處理，最終可以獲得安全的密鑰?！ぴ嫉腂B84偏振量子態(tài)產(chǎn)生方案需要對(duì)所有4個(gè)偏振狀態(tài)進(jìn)行偏振調(diào)節(jié)，然后通過(guò)耦合器BS合束至同一路出口。這個(gè)調(diào)節(jié)過(guò)程在實(shí)用化系統(tǒng)中是很麻煩的，并且搬運(yùn)、放置等機(jī)械振動(dòng)對(duì)已經(jīng)調(diào)節(jié)好的偏振狀態(tài)會(huì)產(chǎn)生影響，不適合實(shí)際使用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、便于使用、穩(wěn)定性強(qiáng)的量子密鑰分發(fā)系統(tǒng)的編碼調(diào)制裝置。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用了以下技術(shù)方案一種量子密鑰分發(fā)系統(tǒng)的編碼調(diào)制裝置，包括用于發(fā)出慢軸光的四個(gè)保偏激光器，四個(gè)保偏激光器通過(guò)保偏偏振耦合器與用于輸出相互非正交偏振態(tài)的旋轉(zhuǎn)稱合器相連。由上述技術(shù)方案可知，本發(fā)明使用了四個(gè)保偏激光器，選擇其中某一路發(fā)出光脈沖，通過(guò)之后的保偏偏振耦合器與其相正交的一路信號(hào)進(jìn)行合束，之后通過(guò)旋轉(zhuǎn)耦合器與非正交的兩路進(jìn)行合束，從而獲得四種非正交的偏振狀態(tài)，其中某一路保偏激光器發(fā)光的時(shí)候，在耦合出口輸出四種偏振狀態(tài)中的某一種。本發(fā)明無(wú)需額外調(diào)節(jié)偏振，可以避免手動(dòng)調(diào)節(jié)造成的不準(zhǔn)確性及后期機(jī)械變化引起的錯(cuò)誤；利用本發(fā)明，可以進(jìn)行準(zhǔn)確、簡(jiǎn)便的量子密鑰分發(fā)系統(tǒng)搭建，并且可以提高系統(tǒng)長(zhǎng)期運(yùn)行的穩(wěn)定性。


圖I是本發(fā)明的電路框 圖2是本發(fā)明中45度旋轉(zhuǎn)耦合器的工作原理圖。
具體實(shí)施方式
一種量子密鑰分發(fā)系統(tǒng)的編碼調(diào)制裝置，包括用于發(fā)出慢軸光的四個(gè)保偏激光器，四個(gè)保偏激光器通過(guò)保偏偏振耦合器與用于輸出相互非正交偏振態(tài)的旋轉(zhuǎn)耦合器相連，如圖I所示。所述的旋轉(zhuǎn)耦合器為45度旋轉(zhuǎn)耦合器7，所述的45度旋轉(zhuǎn)耦合器7采用兩路保偏光纖輸入，一路單模光纖輸出。如圖I所示，所述的四個(gè)保偏激光器為第一、二、三、四保偏激光器1、2、3、4，所述的保偏偏振I禹合器由第一、二保偏偏振I禹合器5、6組成,第一、二保偏激光器1、2的輸出端與第一保偏偏振I禹合器5的輸入端相連，第三、四保偏激光器3、4的輸出端與第二保偏偏振率禹合器6的輸入端相連,第一、二保偏偏振稱合器5、6的輸出端與旋轉(zhuǎn)稱合器的輸入端相連。如圖I所示，所述的第一、二保偏激光器1、2的輸出端通過(guò)保偏光纖與第一保偏偏振耦合器5的輸入端相連，第三、四保偏激光器3、4的輸出端通過(guò)保偏光纖與第二保偏偏振 率禹合器6的輸入端相連,所述的第一、二保偏偏振稱合器5、6的輸出端通過(guò)保偏光纖與旋轉(zhuǎn)率禹合器的輸入端相連。以下結(jié)合圖1、2對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的說(shuō)明。本發(fā)明采用第一、二、三、四保偏激光器1、2、3、4作為信號(hào)源，發(fā)出方向一致的慢軸光，為了最終調(diào)制輸出0°、90°、45°和135°四種偏振方向的偏振狀態(tài)，首先將其劃分為兩組，即第一、二保偏激光器1、2作為一組，第三、四保偏激光器3、4作為另一組。第一、二、三、四保偏激光器1、2、3、4輸出的偏振狀態(tài)均為慢軸激光,第一、二保偏激光器1、2發(fā)出的慢軸光經(jīng)過(guò)第一保偏偏振稱合器5時(shí),第一保偏偏振稱合器5將第一、二保偏激光器1、2輸出的兩個(gè)慢軸激光合束為保偏光纖中的慢軸和快軸激光，且慢軸激光和快軸激光為兩個(gè)相互正交的方向，若定義第一保偏偏振耦合器5輸出的慢軸激光為0°方向，則與其相正交的快軸激光為90°方向。同理，第三、四保偏激光器3、4發(fā)出的慢軸光激光第二保偏偏振耦合器6時(shí)，第二保偏偏振I禹合器6將第三、四保偏激光器3、4輸出的兩個(gè)慢軸激光合束為保偏光纖中的慢軸和快軸激光，且慢軸激光和快軸激光為兩個(gè)相互正交的方向，若定義第二保偏偏振耦合器6輸出的慢軸激光為0°方向，則與其相正交的快軸激光為90°方向。最終，得到兩組激光脈沖輸入至45度旋轉(zhuǎn)耦合器7，且每組中均包含相互正交偏振方向的慢軸激光和快軸激光。由于BB84協(xié)議所需的四種偏振狀態(tài)中，第一組0°、90°與第二組45°、135°之間有45度夾角，使用45度旋轉(zhuǎn)耦合器7進(jìn)行合束以完成所需偏振方向的調(diào)制。如圖1、2所示，45度旋轉(zhuǎn)耦合器7將兩路輸入進(jìn)行耦合輸出對(duì)其中一路僅僅進(jìn)行耦合輸出，對(duì)另一路先進(jìn)行45度偏振旋轉(zhuǎn)，然后再進(jìn)行耦合輸出。假設(shè)本發(fā)明中的45度旋轉(zhuǎn)I禹合器7對(duì)第一保偏偏振I禹合器5輸出的慢軸激光和快軸激光僅僅進(jìn)行I禹合輸出，慢軸激光、快軸激光的偏振方向仍然分別為0°、90°，而對(duì)第二保偏偏振耦合器6輸出的慢軸激光和快軸激光先進(jìn)行45度偏振旋轉(zhuǎn)，慢軸激光、快軸激光的偏振方向由O°、90°旋轉(zhuǎn)為45°、135° ,然后再與第一保偏偏振稱合器5輸出的慢軸激光和快軸激光進(jìn)行稱合輸出?？梢姡?5度旋轉(zhuǎn)I禹合器在保證第一、二保偏偏振I禹合器5、6輸出的慢軸激光和快軸激光正交偏振方向的前提下，對(duì)第二保偏偏振耦合器6輸出的慢軸激光和快軸激光的方向進(jìn)行旋轉(zhuǎn)改變，最終，使得第一、二保偏偏振稱合器5、6輸出的兩組激光脈沖之間有45度偏振夾角，在45度旋轉(zhuǎn)耦合器7的輸出端分別對(duì)應(yīng)輸出0°、90°、45°、135°偏振方向的激光。光纖耦合器是一種無(wú)源的光纖器件，其作用是按一定比例將輸入光纖的光耦合到輸出光纖中。保偏光纖是一種特殊的光纖，具有相互垂直的快軸和慢軸。平行于這兩個(gè)偏振方向的光入射到保偏光纖中時(shí)，保偏光纖可以保證在傳輸過(guò)程中偏振方向不變。需要將保偏光纖中的光進(jìn)行耦合時(shí)，一般采用基于熔融拉錐法制造的保偏偏振耦合器。熔融拉錐的基本方法是將幾根光纖涂覆層剝?nèi)?，將光纖按照快、慢軸平行排列，使光纖的薄層相互接觸，加熱至熔融后進(jìn)行拉錐的操作，使光纖形成一個(gè)熔融拉錐部分，完成耦合操作。45度旋轉(zhuǎn)稱合器7的制作方法如下在熔融拉錐過(guò)程時(shí),將其中一根保偏光纖的慢軸方向進(jìn)行45度旋轉(zhuǎn)，使兩根光纖的慢軸之間有一定夾角，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)45度夾角的需求，在具體實(shí)施過(guò)程中，需要對(duì)光纖的夾角進(jìn)行監(jiān)視，需要精細(xì)控制光纖之間耦合比例等?！?br> 權(quán)利要求
1.一種量子密鑰分發(fā)系統(tǒng)的編碼調(diào)制裝置，其特征在于包括用于發(fā)出慢軸光的四個(gè)保偏激光器，四個(gè)保偏激光器通過(guò)保偏偏振耦合器與用于輸出相互非正交偏振態(tài)的旋轉(zhuǎn)耦合器相連。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的量子密鑰分發(fā)系統(tǒng)的編碼調(diào)制裝置，其特征在于所述的四個(gè)保偏激光器為第一、二、三、四保偏激光器(1、2、3、4)，所述的保偏偏振耦合器由第一、二保偏偏振稱合器(5、6)組成,第一、二保偏激光器(1、2)的輸出端與第一保偏偏振稱合器(5)的輸入端相連,第三、四保偏激光器(3、4)的輸出端與第二保偏偏振I禹合器(6)的輸入端相連，第一、二保偏偏振稱合器(5、6 )的輸出端與旋轉(zhuǎn)稱合器的輸入端相連。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的量子密鑰分發(fā)系統(tǒng)的編碼調(diào)制裝置，其特征在于所述的旋轉(zhuǎn)稱合器為45度旋轉(zhuǎn)稱合器(7)。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的量子密鑰分發(fā)系統(tǒng)的編碼調(diào)制裝置，其特征在于所述的第一、二保偏激光器(1、2)的輸出端通過(guò)保偏光纖與第一保偏偏振稱合器(5)的輸入端相連，第三、四保偏激光器(3、4)的輸出端通過(guò)保偏光纖與第二保偏偏振耦合器(6)的輸入端相連，所述的第一、二保偏偏振稱合器(5、6)的輸出端通過(guò)保偏光纖與旋轉(zhuǎn)稱合器的輸入端相連。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的量子密鑰分發(fā)系統(tǒng)的編碼調(diào)制裝置，其特征在于所述的45度旋轉(zhuǎn)稱合器(7 )米用兩路保偏光纖輸入,一路單模光纖輸出。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種量子密鑰分發(fā)系統(tǒng)的編碼調(diào)制裝置，包括用于發(fā)出慢軸光的保偏激光器，保偏激光器通過(guò)保偏偏振耦合器與用于輸出相互非正交偏振態(tài)的旋轉(zhuǎn)耦合器相連。本發(fā)明使用了四個(gè)保偏激光器，選擇其中某一路發(fā)出光脈沖，通過(guò)之后的保偏偏振耦合器與其相正交的一路信號(hào)進(jìn)行合束，之后通過(guò)旋轉(zhuǎn)耦合器與非正交的兩路進(jìn)行合束，從而獲得四種非正交的偏振狀態(tài)，其中某一路保偏激光器發(fā)光的時(shí)候，在耦合出口輸出四種偏振狀態(tài)中的某一種。本發(fā)明無(wú)需額外調(diào)節(jié)偏振，可以避免手動(dòng)調(diào)節(jié)造成的不準(zhǔn)確性及后期機(jī)械變化引起的錯(cuò)誤；利用本發(fā)明，可以進(jìn)行準(zhǔn)確、簡(jiǎn)便的量子密鑰分發(fā)系統(tǒng)搭建，并且可以提高系統(tǒng)長(zhǎng)期運(yùn)行的穩(wěn)定性。
文檔編號(hào)H04L9/08GK102957533SQ20111024591
公開日2013年3月6日 申請(qǐng)日期2011年8月25日 優(yōu)先權(quán)日2011年8月25日
發(fā)明者劉洋, 陳騰云 申請(qǐng)人:安徽量子通信技術(shù)有限公司