用于量子通信的相位编码装置和量子通信设备的制作方法

1.本实用新型涉及量子通信技术领域，尤其涉及用于量子通信的相位编码装置以及包括该相位编码装置的量子通信设备。


背景技术：

2.目前，在量子通信系统中，通常采用如图1所示的相位编码装置来实现相位编码。在图1示出的相位编码装置中，主要使用不等臂干涉仪将单个光源x产生的光脉冲分为一前一后两个光脉冲，然后通过相位调制器pm在两个前后脉冲之间调制出0、π/2、3π/2和π四种不同的相位差来编码和承载信息。换言之，相位调制器pm必须能够加载四种不同的相位调制电压并且在这四种不同的相位调制电压之间来回反复切换才能实现相位编码。
3.然而，相位调制器在每次切换时均需要对相位调制电压的脉冲的上升沿和平坦区进行调制，而这种反复切换相位调制电压的方式不仅会导致相位调制器所加载的相位调制电压不稳定，而且还会导致所调制的相位差的精度变差，进而影响系统的成码率。


技术实现要素：

4.本实用新型的目的在于提供用于量子通信的相位编码装置和量子通信设备。
5.根据本实用新型的一方面，提供一种用于量子通信的相位编码装置，所述相位编码装置包括：光源；光切换开关；不等臂干涉仪，经由所述光切换开关连接所述光源，以将所述光源输出的光脉冲分成时间上相邻的两路子光脉冲，其中，所述光切换开关的一个光输出接口连接至所述不等臂干涉仪的分束器的透射端，所述光切换开关的另一光输出接口连接至所述不等臂干涉仪的分束器的反射端，所述光切换开关的光输入接口连接至所述光源；相位调制器，设置在所述不等臂干涉仪的长臂上；以及控制器，在所述光切换开关的光输入接口与所述光切换开关的一个光输出接口连通并且所述相位调制器未向所述不等臂干涉仪的长臂施加相位调制电压的情况下，根据基于所述两路子光脉冲在所述不等臂干涉仪的分束器和合束器上的相位变化而在所述两路子光脉冲之间形成的第一相位差或第二相位差进行相位编码，在所述光切换开关的光输入接口与所述光切换开关的另一光输出接口连通并且所述相位调制器向所述不等臂干涉仪的长臂施加相位调制电压的情况下，根据基于所述两路子光脉冲在所述不等臂干涉仪的分束器和合束器上的相位变化以及由所述相位调制电压引起的相位差而在所述两路子光脉冲之间形成的第三相位差或第四相位差进行相位编码。
6.优选地，由所述相位调制电压引起的相位差为π/2。
7.优选地，所述第一相位差和所述第二相位差分别为π和0，所述第三相位差和所述第四相位差分别为3π/2和π/2。
8.优选地，所述相位编码装置还包括：强度调制器，设置于所述不等臂干涉仪的输出端，以向所述不等臂干涉仪输出的光脉冲施加强度调制电压，其中，所述控制器通过所述强度调制器施加的强度调制电压对从所述不等臂干涉仪输出的光脉冲进行诱骗态处理。
9.优选地，所述光切换开关为1
×
2矩阵式光开关。
10.根据本实用新型的另一方面，提供一种量子通信设备，所述量子通信设备包括如前所述的用于量子通信的相位编码装置。
11.本实用新型所提供的相位编码装置和量子通信设备不仅能够有效地避免因相位调制器在四种不同的相位调制电压之间来回反复切换而导致相位调制器所加载的相位调制电压不稳定的问题，而且还能够有效地确保系统输出的光脉冲在频率、幅度等特性上保持一致，避免光脉冲出现抖动，进而提升系统的安全性和成码率。
附图说明
12.通过下面结合附图进行的描述，本实用新型的上述目的和特点将会变得更加清楚。
13.图1示出了相关技术中的用于量子通信的相位编码装置的示意图。
14.图2示出了本实用新型的用于量子通信的相位编码装置的示意图。
15.图3示出了本实用新型的用于量子通信的相位编码装置的另一示意图。
16.图4示出了使用本实用新型的用于量子通信的相位编码装置进行相位编码的光脉冲调制示意图。
具体实施方式
17.下面，将参照附图来详细地说明本实用新型的实施例。
18.参照图2，本实用新型的用于量子通信的相位编码装置可包括光源x、光切换开关os、不等臂干涉仪m
‑
z、相位调制器pm以及控制器（未示出），诸如，但不限于，fpga、mcu等控制芯片。
19.在图2示出的用于量子通信的相位编码装置中，不等臂干涉仪m
‑
z可经由光切换开关os连接光源x，以将光源x输出的光脉冲分成时间上相邻的两路子光脉冲，其中，光切换开关os的一个光输出接口连接至不等臂干涉仪m
‑
z的分束器pbs1的透射端t，光切换开关os的另一光输出接口连接至不等臂干涉仪m
‑
z的分束器pbs1的反射端r，光切换开关os的光输入接口连接至光源x。相位调制器pm可设置在不等臂干涉仪m
‑
z的长臂l1上。控制器可在光切换开关os的光输入接口与光切换开关os的一个光输出接口连通并且相位调制器pm未向不等臂干涉仪m
‑
z的长臂l1施加相位调制电压的情况下根据基于两路子光脉冲在不等臂干涉仪m
‑
z的分束器pbs1和合束器pbs2上的相位变化而在两路子光脉冲之间形成的第一相位差或第二相位差进行相位编码。此外，控制器还可在光切换开关os的光输入接口与光切换开关os的另一光输出接口连通并且相位调制器pm向不等臂干涉仪m
‑
z的长臂l1施加相位调制电压的情况下根据基于两路子光脉冲在不等臂干涉仪m
‑
z的分束器pbs1和合束器pbs2上的相位变化以及由相位调制电压引起的相位差而在两路子光脉冲之间形成的第三相位差或第四相位差进行相位编码。
20.在图2示出的用于量子通信的相位编码装置中，可使用1
×
2矩阵式光开关作为光切换开关os。然而，本实用新型并不限于此，根据需要，也可使用其他能够在两条传输光路之间进行切换的矩阵式光开关作为光切换开关os，例如，2
×
2矩阵式光开关或1
×
3矩阵式光开关等。
21.参照图3，本实用新型的用于量子通信的相位编码装置除了包括如前所述的光源x、光切换开关os、不等臂干涉仪m
‑
z、相位调制器pm以及控制器之外，还可包括强度调制器im，强度调制器im可设置于不等臂干涉仪m
‑
z的输出端，以向不等臂干涉仪m
‑
z输出的光脉冲施加强度调制电压，控制器可通过强度调制器im施加的强度调制电压对从不等臂干涉仪m
‑
z输出的光脉冲进行诱骗态处理，以使得输出的光脉冲的强度进一步减弱。
22.下面，将参照图4进一步详细地描述使用本实用新型的用于量子通信的相位编码装置进行相位编码的光脉冲调制过程。
23.在图4示出的光脉冲调制过程中，可通过光源x输出光脉冲1010。光脉冲1010可经由光切换开关os传送至不等臂干涉仪m
‑
z中，并且被不等臂干涉仪m
‑
z分成两路子光脉冲1011和1012，其中，在光切换开关os的光输入接口与光切换开关os的一个光输出接口连通并且相位调制器pm未向不等臂干涉仪m
‑
z的长臂l1施加相位调制电压的情况下，子光脉冲1011可从不等臂干涉仪m
‑
z的分束器pbs1的透射端t进入到不等臂干涉仪m
‑
z的长臂l1中并且沿着不等臂干涉仪m
‑
z的长臂l1经由相位调制器pm传输至不等臂干涉仪m
‑
z的合束器pbs2，子光脉冲1012可从不等臂干涉仪m
‑
z的分束器pbs1的透射端t进入到不等臂干涉仪m
‑
z的短臂l2中并且沿着不等臂干涉仪m
‑
z的短臂l2传输至不等臂干涉仪m
‑
z的合束器pbs2。在上述传输过程中，子光脉冲1011的相位因不等臂干涉仪m
‑
z的分束器pbs1和合束器pbs2的反射而增加π，子光脉冲1012的相位因不等臂干涉仪m
‑
z的分束器pbs1和合束器pbs2的透射而并未发生变化。因此，可基于两路子光脉冲1011和1012在不等臂干涉仪m
‑
z的分束器pbs1和合束器pbs2上的相位变化而在两路子光脉冲1011和1012之间形成第一相位差π（即，φ=π）。相应地，可根据由此而得到的第一相位差π而实现对两路子光脉冲1011和1012的相位编码。
24.此外，在图4示出的光脉冲调制过程中，可通过光源x输出光脉冲1020。光脉冲1020可经由光切换开关os传送至不等臂干涉仪m
‑
z中，并且被不等臂干涉仪m
‑
z分成两路子光脉冲1021和1022，其中，在光切换开关os的光输入接口与光切换开关os的一个光输出接口连通并且相位调制器pm未向不等臂干涉仪m
‑
z的长臂l1施加相位调制电压的情况下，子光脉冲1021可从不等臂干涉仪m
‑
z的分束器pbs1的反射端r进入到不等臂干涉仪m
‑
z的长臂l1中并且沿着不等臂干涉仪m
‑
z的长臂l1经由相位调制器pm传输至不等臂干涉仪m
‑
z的合束器pbs2，子光脉冲1022可从不等臂干涉仪m
‑
z的分束器pbs1的反射端r进入到不等臂干涉仪m
‑
z的短臂l2中并且沿着不等臂干涉仪m
‑
z的短臂l2传输至不等臂干涉仪m
‑
z的合束器pbs2。在上述传输过程中，子光脉冲1021的相位因不等臂干涉仪m
‑
z的合束器pbs2的反射而增加π/2，子光脉冲1022的相位因不等臂干涉仪m
‑
z的分束器pbs1的反射而增加π/2。因此，可基于两路子光脉冲1021和1022在不等臂干涉仪m
‑
z的分束器pbs1和合束器pbs2上的相位变化而在两路子光脉冲1021和1022之间形成第二相位差0（即，φ=0）。相应地，可根据由此而得到的第二相位差0而实现对两路子光脉冲1021和1022的相位编码。
25.此外，在图4示出的光脉冲调制过程中，可通过光源x输出光脉冲1030。光脉冲1030可经由光切换开关os传送至不等臂干涉仪m
‑
z中，并且被不等臂干涉仪m
‑
z分成两路子光脉冲1031和1032，其中，在光切换开关os的光输入接口与光切换开关os的另一光输出接口连通并且相位调制器pm向不等臂干涉仪m
‑
z的长臂l1施加相位调制电压的情况下，子光脉冲1031可从不等臂干涉仪m
‑
z的分束器pbs1的透射端t进入到不等臂干涉仪m
‑
z的长臂l1中并且沿着不等臂干涉仪m
‑
z的长臂l1经由相位调制器pm传输至不等臂干涉仪m
‑
z的合束器
pbs2，子光脉冲1032可从不等臂干涉仪m
‑
z的分束器pbs1的透射端t进入到不等臂干涉仪m
‑
z的短臂l2中并且沿着不等臂干涉仪m
‑
z的短臂l2传输至不等臂干涉仪m
‑
z的合束器pbs2。在上述传输过程中，子光脉冲1031的相位除了因不等臂干涉仪m
‑
z的分束器pbs1和合束器pbs2的反射而增加π之外，还因相位调制电压引起的相位差而增加π/2；子光脉冲1032的相位因不等臂干涉仪m
‑
z的分束器pbs1和合束器pbs2的透射而并未发生变化。因此，可基于两路子光脉冲1031和1032在不等臂干涉仪m
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z的分束器pbs1和合束器pbs2上的相位变化以及由相位调制电压引起的相位差而在两路子光脉冲1031和1032之间形成第三相位差3π/2（即，φ=3π/2）。相应地，可根据由此而得到的第三相位差3π/2而实现对两路子光脉冲1031和1032的相位编码。
26.此外，在图4示出的光脉冲调制过程中，可通过光源x输出光脉冲1040。光脉冲1040可经由光切换开关os传送至不等臂干涉仪m
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z中，并且被不等臂干涉仪m
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z分成两路子光脉冲1041和1042，其中，在光切换开关os的光输入接口与光切换开关os的另一光输出接口连通并且相位调制器pm向不等臂干涉仪m
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z的长臂l1施加相位调制电压的情况下，子光脉冲1041可从不等臂干涉仪m
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z的分束器pbs1的反射端r进入到不等臂干涉仪m
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z的长臂l1中并且沿着不等臂干涉仪m
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z的长臂l1经由相位调制器pm传输至不等臂干涉仪m
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z的合束器pbs2，子光脉冲1042可从不等臂干涉仪m
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z的分束器pbs1的反射端r进入到不等臂干涉仪m
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z的短臂l2中并且沿着不等臂干涉仪m
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z的短臂l2传输至不等臂干涉仪m
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z的合束器pbs2。在上述传输过程中，子光脉冲1041的相位除了因不等臂干涉仪m
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z的合束器pbs2的反射而增加π/2之外，还因相位调制电压引起的相位差而增加π/2；子光脉冲1042的相位因不等臂干涉仪m
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z的分束器pbs1的反射而增加π/2。因此，可基于两路子光脉冲1041和1042在不等臂干涉仪m
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z的分束器pbs1和合束器pbs2上的相位变化以及由相位调制电压引起的相位差而在两路子光脉冲1041和1042之间形成第四相位差π/2（即，φ=π/2）。相应地，可根据由此而得到的第四相位差π/2而实现对两路子光脉冲1041和1042的相位编码。
27.应当理解，尽管图4示出了使用本实用新型的用于量子通信的相位编码装置进行相位编码的光脉冲调制示意图，但是图4所示出的相位编码过程仅仅是示意性的。本实用新型并不限于此。
28.此外，本实用新型还可提供一种包括本实用新型的用于量子通信的相位编码装置的量子通信设备（诸如，量子密钥分发系统的发射端）。
29.可以看出，本实用新型所提供的相位编码装置和量子通信设备仅需调制一种相位调制电压即可实现系统所需的四种相位编码，因此，本实用新型所提供的相位编码装置和量子通信设备不仅能够有效地避免因相位调制器在四种不同的相位调制电压之间来回反复切换而导致相位调制器所加载的相位调制电压不稳定的问题，而且还能够有效地确保系统输出的光脉冲在频率、幅度等特性上保持一致，避免光脉冲出现抖动，进而提升系统的安全性和成码率。
30.尽管已参照优选实施例表示和描述了本技术，但本领域技术人员应该理解，在不脱离由权利要求限定的本技术的精神和范围的情况下，可以对这些实施例进行各种修改和变换。