一种可切换编码模块及量子密钥分发发送端及系统的制作方法

本发明涉及光通信，特别涉及一种可切换编码模块及量子密钥分发发送端及系统。

背景技术：

1、量子密钥分发具有信息理论安全性，其安全性由量子力学的基本原理来保障，可以抵御来自量子计算机的威胁，在保密通信中具有重要作用。量子密钥分发（qkd）协议中最先被提出的是bb84协议，常用的编码方式一般为偏振编码和相位编码，前者具有编码方式简单、码率高等优点，后者则具有更高的稳定性，二者在不同的应用场景具有各自的优势。

2、目前，针对特定的编码方式，需要设计相应的光路来实现，而且大多不能兼容其他编码方式。因此编码装置缺乏通用性，无法根据实际应用的需求实现编码方式的切换，以满足系统性能的最优化。根据现有技术，要想针对不同场景实现偏振编码相位编码的切换，需要对相应编码方式的专用编码装置进行替换，且系统的控制电路需要做相应的改变，导致替换成本增大。

技术实现思路

1、针对现有技术存在以上缺陷，本发明提出一种可切换编码模块及量子密钥分发发送端及系统。

2、本发明的技术方案是这样实现的：

3、一种可切换编码模块，包括45°偏振旋转结构，第一偏振分束器pbs1，第一调相器pm1和2x2光开关os，45°偏振旋转结构位于可切换编码模块的输入端口与第一偏振分束器pbs1的第一端口之间，第一偏振分束器pbs1的第二端口通过第一调相器pm1连接2x2光开关os的第二端口，第一偏振分束器pbs1的第三端口、第四端口分别对应连接2x2光开关os的第一端口、第四端口，2x2光开关os的第三端口作为可切换编码模块的输出端口；

4、45°偏振旋转结构用于将入射到可切换编码模块输入端口的水平偏振旋转为45°偏振态；

5、第一调相器pm1用于调制经过其信号光的相位；

6、所述2x2光开关os用于改变经过其的光信号的传播路径，来切换编码方式；2x2光开关os为第一状态时，其第一端口和第二端口之间为通路，第三端口和第四端口之间为通路，可切换编码模块实现偏振编码；2x2光开关os为第二状态时，其第一端口和第三端口之间为通路，第二端口和第四端口之间为通路，可切换编码模块实现相位编码，

7、所述第一偏振分束器pbs1使入射至其第一端口光信号的水平偏振分量从第三端口出射，仍为水平偏振；竖直偏振分量从第二端口出射，仍为竖直偏振；使入射至其第四端口光信号的水平偏振分量从第二端口出射，仍为水平偏振；竖直偏振分量从第三端口出射，仍为竖直偏振。

8、本发明还提供了一种基于可切换编码模块的量子密钥分发系统的发送端，包括激光器ld，强度调制器im，可调衰减器voa以及可切换编码模块；所述激光器ld输出端口经强度调制器im连接可切换编码模块的输入端口；可切换编码模块的输出端口与可调衰减器voa相连；可调衰减器voa的输出端口作为发送端的输出端口。

9、本发明还提供了一种基于可切换编码模块的量子密钥分发系统，包括接收端以及发送端，二者之间通过光纤信道相连。

10、优选地，所述接收端包括第一偏振控制器pc1，可切换编码模块，第二偏振分束器pbs2和两个单光子探测器spd；第一偏振控制器pc1的两端分别连接光纤信道与可切换编码模块的输出端口；可切换编码模块的输入端口连接第二偏振分束器pbs2的输入端口；第二偏振分束器pbs2的两个输出端口分别连接两个单光子探测器spd。

11、优选地，所述接收端包括第二偏振控制器pc2，第一分束器bs1，第三偏振控制器pc3，第三偏振分束器pbs3、第四偏振分束器pbs4和四个单光子探测器spd；第二偏振控制器pc2的两端分别连接光纤信道与第一分束器bs1的输入端口；第一分束器bs1的两个输出端口分别连接第三偏振分束器pbs3的输入端口和第三偏振控制器pc3的输入端口；第三偏振控制器pc3的输出端口连接第四偏振分束器pbs4的输入端口；第三偏振分束器pbs3的两个输出端口分别连接两个单光子探测器spd；第四偏振分束器pbs4的两个输出端口分别连接另外两个单光子探测器spd。

12、优选地，所述接收端包括第四偏振控制器pc4，第五偏振分束器pbs5，第二调相器pm2，第二分束器bs2和2个单光子探测器spd；第四偏振控制器pc4的两端分别连接光纤信道与第五偏振分束器pbs5的输入端口；第五偏振分束器pbs5的一个输出端口通过第二调相器pm2连接第二分束器bs2的一个输入端口，构成不等臂干涉仪的长臂；第五偏振分束器pbs5的另一个输出端口直接连接第二分束器bs2的另一个输入端口，构成不等臂干涉仪的短臂；第二分束器bs2的两个输出端口分别连接两个单光子探测器spd。

13、与现有技术相比，本发明有以下有益效果：

14、本发明提出一种可切换编码模块及量子密钥分发系统，仅需要通过改变光开关的状态即可实现偏振编码和相位编码的切换，同时也可作为解码模块使用，结构简单，编码方式切换方便，可用于多种协议和编码方式，具有极强的适应性和实用性。

技术特征：

1.一种可切换编码模块，其特征在于，包括45°偏振旋转结构，第一偏振分束器pbs1，第一调相器pm1和2x2 光开关os，45°偏振旋转结构位于可切换编码模块的输入端口与第一偏振分束器pbs1的第一端口之间，第一偏振分束器pbs1的第二端口通过第一调相器pm1连接2x2光开关os的第二端口，第一偏振分束器pbs1的第三端口、第四端口分别对应连接2x2 光开关os的第一端口、第四端口，2x2光开关os的第三端口作为可切换编码模块的输出端口；

2.一种基于可切换编码模块的量子密钥分发系统的发送端，其特征在于，包括激光器ld，强度调制器im，可调衰减器voa以及如权利要求1中的可切换编码模块；所述激光器ld输出端口经强度调制器im连接可切换编码模块的输入端口；可切换编码模块的输出端口与可调衰减器voa相连；可调衰减器voa的输出端口作为发送端的输出端口。

3.一种基于可切换编码模块的量子密钥分发系统，其特征在于，包括接收端以及如权利要求2中的发送端，二者之间通过光纤信道相连。

4.如权利要求3所述的一种基于可切换编码模块的量子密钥分发系统，其特征在于，所述接收端包括第一偏振控制器pc1，可切换编码模块，第二偏振分束器pbs2和两个单光子探测器spd；第一偏振控制器pc1的两端分别连接光纤信道与可切换编码模块的输出端口；可切换编码模块的输入端口连接第二偏振分束器pbs2的输入端口；第二偏振分束器pbs2的两个输出端口分别连接两个单光子探测器spd。

5.如权利要求3所述的一种基于可切换编码模块的量子密钥分发系统，其特征在于，所述接收端包括第二偏振控制器pc2，第一分束器bs1，第三偏振控制器pc3，第三偏振分束器pbs3、第四偏振分束器pbs4和四个单光子探测器spd；第二偏振控制器pc2的两端分别连接光纤信道与第一分束器bs1的输入端口；第一分束器bs1的两个输出端口分别连接第三偏振分束器pbs3的输入端口和第三偏振控制器pc3的输入端口；第三偏振控制器pc3的输出端口连接第四偏振分束器pbs4的输入端口；第三偏振分束器pbs3的两个输出端口分别连接两个单光子探测器spd；第四偏振分束器pbs4的两个输出端口分别连接另外两个单光子探测器spd。

6.如权利要求3所述的一种基于可切换编码模块的量子密钥分发系统，其特征在于，所述接收端包括第四偏振控制器pc4，第五偏振分束器pbs5，第二调相器pm2，第二分束器bs2和2个单光子探测器spd；第四偏振控制器pc4的两端分别连接光纤信道与第五偏振分束器pbs5的输入端口；第五偏振分束器pbs5的一个输出端口通过第二调相器pm2连接第二分束器bs2的一个输入端口，构成不等臂干涉仪的长臂；第五偏振分束器pbs5的另一个输出端口直接连接第二分束器bs2的另一个输入端口，构成不等臂干涉仪的短臂；第二分束器bs2的两个输出端口分别连接两个单光子探测器spd。

技术总结
本发明属于光通信技术领域，公开了一种可切换编码模块，包括45°偏振旋转结构，第一偏振分束器，第一调相器和光开关，45°偏振旋转结构位于可切换编码模块的输入端口与第一偏振分束器的第一端口之间，第一偏振分束器的第二端口通过第一调相器连接光开关的第二端口，第一偏振分束器的第三端口、第四端口分别对应连接光开关的第一端口、第四端口，光开关的第三端口作为可切换编码模块的输出端口，本发明还公开了一种量子密钥分发系统及其发送端。与现有技术相比，本发明仅需要通过改变光开关的状态即可实现偏振编码和相位编码的切换，同时也可作为解码模块使用，结构简单，编码方式切换方便，可用于多种协议和编码方式，具有极强的适应性和实用性。

技术研发人员：赵义博,王东
受保护的技术使用者：北京中科国光量子科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/12