本實用新型涉及光傳輸安全通信技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種基于接收端偏振分束的量子密鑰分配系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

隨著互聯(lián)網(wǎng)的大范圍普及，人類之間的信息傳遞達(dá)到了前所未有的數(shù)量和頻率，各種隱私信息越來越多地暴露在互聯(lián)網(wǎng)上，因此，人類對保密通信的需求也到了前所未有的高度?，F(xiàn)在的互聯(lián)網(wǎng)信息安全的加密方式稱為“公開密鑰”密碼體系，其原理是通過加密算法，生成網(wǎng)絡(luò)上傳播的公開密鑰，以及留在計算機(jī)內(nèi)部的私人密鑰，兩個密鑰必須配合使用才能實現(xiàn)完整的加密和解密過程。

現(xiàn)代互聯(lián)網(wǎng)使用的加密標(biāo)準(zhǔn)是20世紀(jì)70年代誕生的RSA算法，即利用大數(shù)的質(zhì)因子分解難以計算來保證密鑰的安全性。

量子密鑰分配是1984年物理學(xué)家Bennett和密碼學(xué)家Brassard提出了基于量子力學(xué)測量原理的BB84協(xié)議，量子密鑰分配可以從根本上保證了密鑰的安全性。

現(xiàn)有技術(shù)中量子密鑰在發(fā)射端產(chǎn)生信號光，經(jīng)過傳統(tǒng)的量子信道傳輸過程中，由于經(jīng)過光纖信道雙折射等作用，其偏振態(tài)會有較大變化，影響光信號后期的干涉效果，會造成整體密鑰的丟失，目前，為了解決上述問題會在接收端 增加糾偏系統(tǒng)，通過糾偏系統(tǒng)來還原光信號的偏振態(tài)，但是糾偏系統(tǒng)需要復(fù)雜的硬件以及軟件部分組成，給整個密鑰分配系統(tǒng)帶來了整體系統(tǒng)的復(fù)雜度以及提高了生產(chǎn)成本；另外，現(xiàn)有密鑰分配系統(tǒng)至少需要四路單光子探測器進(jìn)行探測處理，進(jìn)一步的增加了系統(tǒng)的復(fù)雜度以及生產(chǎn)成本。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本實用新型目的在于提供一種基于接收端偏振分束的量子密鑰分配系統(tǒng)，以解決現(xiàn)有技術(shù)中為了解決信號光在量子信道中傳輸偏振態(tài)變化的問題會在接收端增加糾偏系統(tǒng)，通過糾偏系統(tǒng)來還原光信號的偏振態(tài)，但是糾偏系統(tǒng)需要復(fù)雜的硬件以及軟件部分組成，給整個密鑰分配系統(tǒng)帶來了整體系統(tǒng)的復(fù)雜度以及提高了生產(chǎn)成本的技術(shù)性缺陷。

本實用新型的技術(shù)方案是這樣實現(xiàn)的：

一種基于接收端偏振分束的量子密鑰分配系統(tǒng)，包括發(fā)射端與接收端，所述發(fā)射端與接收端通過量子信道連接，所述發(fā)射端包括發(fā)射端驅(qū)動板、信號激光器、同步激光器、強度調(diào)制器、干涉單元、第一可調(diào)衰減器、第二可調(diào)衰減器以及發(fā)射端波分復(fù)用器，所述信號激光器依次連接強度調(diào)制器、干涉單元、第一可調(diào)衰減器以及發(fā)射端波分復(fù)用器，所述同步激光器依次連接第二可調(diào)衰減器以及發(fā)射端波分復(fù)用器，所述第一可調(diào)衰減器與第二可調(diào)衰減器連接發(fā)射端波分復(fù)用器的同一端，發(fā)射端驅(qū)動板分別連接信號激光器、強度調(diào)制器、相位調(diào)節(jié)器、同步激光器、第一可調(diào)衰減器以及第二可調(diào)衰減器，

所述接收端包括接收端驅(qū)動板、接收端波分復(fù)用器、同步探測器、偏振分束器、兩路并列的干涉單元以及兩路單光子探測器，所述接收端波分復(fù)用器通過量子信道連接發(fā)射端波分復(fù)用器，所述接收端波分復(fù)用器的另一端分別連接同步探測器與偏振分束器，所述偏振分束器分別連接兩路干涉單元，所述接收 端驅(qū)動板分別連接同步探測器、相位調(diào)節(jié)器以及兩路單光子探測器，

所述干涉單元包括前端保偏分束器與后端保偏分束器，前端保偏分束器分別通過長臂保偏光纖以及短臂保偏光纖與后端保偏分束器連接，所述長臂保偏光纖中連接有相位調(diào)節(jié)器，所述接收端部分的兩路干涉單元分別包括一路輸出，該兩路輸出分別連接一路單光子探測器。

優(yōu)選地，所述量子信道為單模光纖。

優(yōu)選地，所述發(fā)射端還包括有消偏器，所述消偏器設(shè)置在后端保偏分束器以及第一可調(diào)衰減器之間。

一種基于接收端偏振分束的量子密鑰分配方法，包括以下步驟：

1)激光器觸發(fā)：發(fā)射端利用同一個時鐘信號分別觸發(fā)信號激光器和同步激光器發(fā)射出信號光與同步光，所述信號光作為調(diào)制光，所述同步光作為同步信號傳輸?shù)浇邮斩擞赏教綔y器響應(yīng)為接收端所用；

2)誘騙態(tài)調(diào)制：信號激光器發(fā)射的信號光通過強度調(diào)制器進(jìn)行隨機(jī)強度調(diào)制，成為信號態(tài)、誘騙態(tài)或者真空態(tài)；

3)發(fā)射端干涉：利用干涉單元制作不等臂MZ干涉，信號光通過保偏分束器分成兩個脈沖，其中一路經(jīng)過長臂，長臂中加有相位調(diào)制器，對信號光進(jìn)行隨機(jī)4相位調(diào)制，分別為0，π/2，π，3π/2，短臂不做相位調(diào)制；

4)電控可調(diào)衰減器對信號光進(jìn)行衰減：信號光經(jīng)過第一可調(diào)衰減器將光脈沖衰減至單光子量級，同步光經(jīng)過第二可調(diào)衰減器將同步光調(diào)節(jié)至接收端可響應(yīng)的強度范圍；

5)信號光與同步光通過量子信道傳輸：將波長不同的信號光和同步光在發(fā)射端經(jīng)過發(fā)射端波分復(fù)用器合入一根信道傳輸，并在接收端通過接收端波分復(fù)用器重新分解；

6)偏振分束器分束：將不同步偏振的光經(jīng)過偏振分束器分解為水平偏振方向和垂直偏振方向；

7)接收端干涉：利用前端保偏分束器制作與發(fā)射端臂長差相等的不等臂MZ干涉環(huán)，信號光通過前端保偏分束器分成兩個脈沖，其中一路經(jīng)過長臂，長臂中加有相位調(diào)制器，對信號光進(jìn)行隨機(jī)4相位調(diào)制，分別為0，π/2，π，3π/2，短臂不做調(diào)制；

8)單光子探測器探測：單光子探測器探測出光信號，用于后續(xù)處理產(chǎn)生安全密鑰。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實用新型有以下有益效果：

本實用新型的基于接收端偏振分束的量子密鑰分配系統(tǒng)與方法，通過在接收端增加一個偏振分束器，將信號光分解為兩個垂直的偏振態(tài)，利用保偏光纖干涉環(huán)完成各自偏振態(tài)下的干涉，得到較好的干涉結(jié)果，避免了光纖傳輸過程中雙折射效應(yīng)影響光偏振態(tài)對干涉結(jié)果的影響，同時摒棄了糾偏系統(tǒng)，簡化了系統(tǒng)冗雜度，也降低了生產(chǎn)成本，另外，本系統(tǒng)只需要采用兩路單光子探測器進(jìn)行探測處理，進(jìn)一步降低了系統(tǒng)的冗雜度，降低了生產(chǎn)成本。

附圖說明

圖1為本實用新型基于接收端偏振分束的量子密鑰分配系統(tǒng)的原理框圖；

圖2為本實用新型基于接收端偏振分束的量子密鑰分配方法的流程圖；

圖3位本實用新型的信號光調(diào)制表。

圖中：發(fā)射端1，發(fā)射端驅(qū)動板101，信號激光器102，同步激光器103，強度調(diào)制器104，第一可調(diào)衰減器105，第二可調(diào)衰減器106，發(fā)射端波分復(fù)用器107，消偏器108，接收端2，接收端驅(qū)動板201，接收端波分復(fù)用器202，同步探測器203，偏振分束器204，單光子探測器205，量子信道3，干涉單元4， 相位調(diào)節(jié)器401，前端保偏分束器402，后端保偏分束器403。

具體實施方式

下面將結(jié)合本實用新型實施例中的附圖，對本實用新型進(jìn)行清楚、完整地描述。

如圖1所示，一種基于接收端偏振分束的量子密鑰分配系統(tǒng)，包括發(fā)射端1與接收端2，所述發(fā)射端1與接收端2通過量子信道3連接，所述發(fā)射端1包括發(fā)射端驅(qū)動板101、信號激光器102、同步激光器103、強度調(diào)制器104、干涉單元4、第一可調(diào)衰減器105、第二可調(diào)衰減器106以及發(fā)射端波分復(fù)用器107，所述信號激光器102依次連接強度調(diào)制器104、干涉單元4、第一可調(diào)衰減器105以及發(fā)射端波分復(fù)用器107，所述同步激光器103依次連接第二可調(diào)衰減器106以及發(fā)射端波分復(fù)用器107，所述第一可調(diào)衰減器105與第二可調(diào)衰減器106連接發(fā)射端波分復(fù)用器107的同一端，發(fā)射端驅(qū)動板101分別連接信號激光器102、強度調(diào)制器104、相位調(diào)節(jié)器401、同步激光器103、第一可調(diào)衰減器105以及第二可調(diào)衰減器106，所述發(fā)射端1部分的相位調(diào)節(jié)器401以及強度調(diào)制器104、第一可調(diào)衰減器105、第二可調(diào)衰減器106分別通過模擬控制信號線連接發(fā)射端驅(qū)動板101，所述信號激光器102、同步激光器103分別通過數(shù)字控制信號線連接發(fā)射端驅(qū)動板101；

所述接收端2包括接收端驅(qū)動板201、接收端波分復(fù)用器202、同步探測器203、偏振分束器204、兩路并列的干涉單元4以及兩路單光子探測器205，所述接收端波分復(fù)用器202通過量子信道3連接發(fā)射端波分復(fù)用器107，所述接收端波分復(fù)用器202的另一端分別連接同步探測器203與偏振分束器204，所述偏振分束器204分別連接兩路干涉單元4，所述接收端驅(qū)動板201分別連接同步探測器203、相位調(diào)節(jié)器401以及單光子探測器205，所述接收端2部分的相位調(diào) 節(jié)器401通過模擬控制信號線連接接收端驅(qū)動板201。所述干涉單元4包括前端保偏分束器402與后端保偏分束器403，前端保偏分束器402分別通過長臂保偏光纖以及短臂保偏光纖與后端保偏分束器403連接，所述長臂保偏光纖中連接有相位調(diào)節(jié)器401，所述接收端2部分的兩路干涉單元4分別包括一路輸出，該兩路輸出分別連接一路單光子探測器205。

本實施例中，所述量子信道3為單模光纖，若是量子信道3距離不需要過長，也可采用保偏光纖傳輸，以增加信號光偏振態(tài)的穩(wěn)定性。所述發(fā)射端1還包括有消偏器108，所述消偏器108設(shè)置在后端保偏分束器403以及第一可調(diào)衰減器104之間，所述消偏器108可將信號光的偏振度降為0，使得信號光的偏振態(tài)為自然光狀態(tài)，有效的保證了系統(tǒng)傳輸密鑰的安全性。

如圖2所示，本實用新型還提供了一種基于接收端偏振分束的量子密鑰分配方法，該分配方法可基于上述量子密鑰分配系統(tǒng)進(jìn)行實現(xiàn)，包括以下步驟：

1)激光器觸發(fā)：發(fā)射端利用同一個時鐘信號分別觸發(fā)信號激光器和同步激光器發(fā)射出信號光與同步光，所述信號光作為調(diào)制光，所述同步光作為同步信號傳輸?shù)浇邮斩擞赏教綔y器響應(yīng)為接收端所用；

2)誘騙態(tài)調(diào)制：信號激光器發(fā)射的信號光通過強度調(diào)制器進(jìn)行隨機(jī)強度調(diào)制，成為信號態(tài)、誘騙態(tài)或者真空態(tài)；

3)發(fā)射端干涉：利用干涉單元制作不等臂MZ干涉，信號光通過保偏分束器分成兩個脈沖，其中一路經(jīng)過長臂，長臂中加有相位調(diào)制器，對信號光進(jìn)行隨機(jī)4相位調(diào)制，分別為0，π/2，π，3π/2，短臂不做相位調(diào)制；

4)電控可調(diào)衰減器對信號光進(jìn)行衰減：信號光經(jīng)過第一可調(diào)衰減器將光脈沖衰減至單光子量級，同步光經(jīng)過第二可調(diào)衰減器將同步光調(diào)節(jié)至接收端可響應(yīng)的強度范圍；

5)信號光與同步光通過量子信道傳輸：將波長不同的信號光和同步光在發(fā)射端經(jīng)過發(fā)射端波分復(fù)用器合入一根信道傳輸，并在接收端通過接收端波分復(fù)用器重新分解；

6)偏振分束器分束：將不同步偏振的光經(jīng)過偏振分束器分解為水平偏振方向和垂直偏振方向；

7)接收端干涉：利用前端保偏分束器制作與發(fā)射端臂長差相等的不等臂MZ干涉環(huán)，信號光通過前端保偏分束器分成兩個脈沖，其中一路經(jīng)過長臂，長臂中加有相位調(diào)制器，對信號光進(jìn)行隨機(jī)4相位調(diào)制，分別為0，π/2，π，3π/2，短臂不做調(diào)制；

8)單光子探測器探測：單光子探測器探測出光信號，用于后續(xù)處理產(chǎn)生安全密鑰。

如圖3所示，其中①代表光子通過有單光子探測器205端，②代表光子通過無單光子探測器205端，1/2代表各有一半概率，從下表可以看出在接收端使用4相位調(diào)制時，只需要使用單個單光子探測器205就可以完成密鑰分發(fā)，這樣不僅可以降低了成本，也能降低多探測器匹配時帶來的安全性問題。

綜合本實用新型的結(jié)構(gòu)與原理可知，本實用新型的基于接收端偏振分束的量子密鑰分配系統(tǒng)與方法，通過在接收端增加一個偏振分束器，將信號光分解為兩個垂直的偏振態(tài)，利用保偏光纖干涉環(huán)完成各自偏振態(tài)下的干涉，得到較好的干涉結(jié)果，避免了光纖傳輸過程中雙折射效應(yīng)影響光偏振態(tài)對干涉結(jié)果的影響，同時摒棄了糾偏系統(tǒng)，簡化了系統(tǒng)冗雜度，也降低了生產(chǎn)成本，另外，本系統(tǒng)只需要采用兩路單光子探測器進(jìn)行探測處理，進(jìn)一步降低了系統(tǒng)的冗雜度，降低了生產(chǎn)成本。