基于法拉第-邁克爾遜干涉連續(xù)變量量子密鑰分發(fā)系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于法拉第?邁克爾遜干涉連續(xù)變量量子密鑰分發(fā)系統(tǒng)，發(fā)射端用以產(chǎn)生重頻、脈寬等參數(shù)符合的脈沖光源，并對信號光正則分量X和P進行調(diào)制；通信信道為光傳播通道，用于將發(fā)射端調(diào)制的信號光和未調(diào)制的本振光傳輸?shù)浇邮斩耍唤邮斩私庹{(diào)模塊實現(xiàn)測量選基：X或者P，接收端零差探測模塊用于探測處理，獲得信號的調(diào)制信息數(shù)據(jù)。本發(fā)明引入了兩個不等臂法拉第?邁克爾遜干涉環(huán)，借助法拉第偏振旋轉(zhuǎn)鏡，使脈沖往返過程中偏振擾動得到自補償，有利于提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性，不易受偏振干擾；可結(jié)合現(xiàn)有的探測技術(shù)和后處理算法，實現(xiàn)長距離穩(wěn)定量子密鑰分發(fā)。
【專利說明】
基于法拉第-邁克爾遜干涉連續(xù)變量量子密鑰分發(fā)系統(tǒng)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明涉及一種量子密鑰分發(fā)方案，具體的，涉及一種基于法拉第-邁克爾遜干涉 連續(xù)變量量子密鑰分發(fā)系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002] 自從利用連續(xù)變量量子密鑰分發(fā)(CVQKD)實現(xiàn)量子通信的思想在1999年提出后， CVQKD引起了諸多學(xué)者的關(guān)注。相對于現(xiàn)在研究成熟的離散變量量子密鑰分發(fā)DVQKD XVQKD 擺脫了單光子源和1550nm波段低探測效率的約束，它采用和經(jīng)典光強度相當(dāng)?shù)膹姽馔ㄐ牛?并使用傳統(tǒng)通信中技術(shù)成熟的零差探測器進行測量，使更高密鑰生成率和與傳統(tǒng)光網(wǎng)絡(luò)融 合成為了可能。
[0003] 2002年，基于高斯調(diào)制的CVQKD協(xié)議被提出，隨后，在分發(fā)密鑰漸進極限和有限的 情況下，此方案的無條件安全性也相繼被證明?；诟咚拐{(diào)制的CVQKD方案逐漸進入實驗和 實用化進程。
[0004] 目前，CVQKD已經(jīng)可以實現(xiàn)密鑰生成率1Mbps，在犧牲密鑰生成率的前提下，通信距 離也實現(xiàn)了l〇〇Km的突破。但是，無論國內(nèi)還是國外的CVQKD方案，都是基于雙不等臂臂M-Z 方案，此方案中，由于信號光和脈沖光經(jīng)過馬赫-曾得干涉儀的不同臂，所受偏振干擾不可 能完全一致，而經(jīng)歷長程量子信道時，會在環(huán)境干擾下加劇這種偏振漂移，從而直接影響探 測端的干涉穩(wěn)定性。因此此類密鑰分發(fā)系統(tǒng)抗干擾能力差，穩(wěn)定性不能保持，進而使CVQKD 的安全性也無法保障。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的是針對上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種基于法拉第-邁克爾遜干涉 連續(xù)變量量子密鑰分發(fā)系統(tǒng)，本發(fā)明系統(tǒng)可克服連續(xù)變量量子密鑰分發(fā)方案中由于偏振漂 移導(dǎo)致密鑰分發(fā)系統(tǒng)不穩(wěn)定的問題。
[0006] 為實現(xiàn)上述技術(shù)目的，本發(fā)明采取的技術(shù)方案為:基于法拉第-邁克爾遜干涉連續(xù) 變量量子密鑰分發(fā)系統(tǒng)，包括發(fā)射端、通信信道和接收端;發(fā)射端的輸出端連接通信信道的 輸入端，通信信道的輸出端連接接收端的輸入端;其特征在于：
[0007] 所述發(fā)射端包括光源t吳塊和調(diào)制t吳塊，光源t吳塊的輸出端連接調(diào)制t吳塊的輸入 端;所述光源模塊包括依次連接的連續(xù)激光器Laser、振幅調(diào)制器AM1和隔離器ISO;連續(xù)激 光器Laser用于產(chǎn)生所需波長的連續(xù)激光，振幅調(diào)制器AM1用于對激光器Laser輸出光參數(shù) 進行調(diào)控;振幅調(diào)制器AM1的輸出光接入隔離器ISO的輸入端;隔離器ISO的另外一端接入調(diào) 制模塊;所述調(diào)制模塊為F-M環(huán)調(diào)制模塊;所述F-M環(huán)調(diào)制模塊包括2*2分束器BS1、法拉第旋 鏡FM1、法拉第旋鏡FM2、相位調(diào)制器PM1，振幅調(diào)制器AM1; 2*2分束器BS1有四個分束臂，分別 是分束臂B1、分束臂B2、分束臂B3和分束臂B4;分束臂B3和分束臂B4臂長不等；四個分束臂 的前端分別對應(yīng)四個端口，分別為端口BS11、端口BS12、端口BS13、端口BS14;端口BS11連接 隔離器IS0，端口 BS12連接通信信道;連接光源模塊的端口為入射端，連接通信信道的端口 為出射端;端口 BS13連接法拉第旋鏡FM1，端口 BS14連接法拉第旋鏡FM2;光源模塊產(chǎn)生的連 續(xù)激光經(jīng)入射端進入2*2分束器BS1，經(jīng)過2*2分束器BS1分束后形成本振光和信號光，本振 光進入端口 BS13，信號光進入端口 BS14;本振光和信號光分別經(jīng)法拉第旋鏡FM1和法拉第旋 鏡FM2反射后進入2*2分束器BS1并發(fā)生耦合;法拉第旋鏡FM1和法拉第旋鏡FM2均為90度旋 轉(zhuǎn)法拉第反射鏡，用于使反射光偏振方向相對于入射光旋轉(zhuǎn)90度;本振光和信號光的反射 光經(jīng)分束器BS1耦合后進入端口 BS11和端口 BS12;其中進入端口 BS11的反射光被光源模塊 隔離器ISO損耗掉，進入端口 BS12的反射光接入通信信道；
[0008] 通信信道為光傳播通道，用于將發(fā)射端調(diào)制的信號光和未調(diào)制的本振光傳輸?shù)浇?收端；
[0009] 所述接收端包括解調(diào)模塊和零差探測模塊;解調(diào)模塊為解調(diào)F-M環(huán)模塊，解調(diào)F-M 環(huán)模塊包含環(huán)形器CIR2、2*2不等臂分束器BS3、法拉第旋鏡FM3、法拉第旋鏡FM4和相位調(diào)制 器PM2;環(huán)形器CIR2的C21端口通信信道相連，C22端口與BS3相連，C23端口連接零差探測組 件;分束器BS3分束比為50:50;分束器BS3為2*2分束器，有四個分束臂，分別是分束臂B5、分 束臂B6、分束臂B7和分束臂B8;四個分束臂的前端分別對應(yīng)分別四個端口，分別為端口 BS31、端口BS32、端口BS33、端口BS34;端口BS31連接通信信道，端口BS32連接光電探測器 PIN4，端口 BS33連接法拉第旋鏡FM3，端口 BS34連接法拉第旋鏡FM4;分束臂B7和分束臂B8的 臂長差與分束臂B3和分束臂Μ臂長差相等，即11B7-1 B81 = 11B3-1B41 ;端口 BS31連接環(huán)形器 CIR2的端口 C22，將法拉第旋鏡FM3和法拉第旋鏡FM4的反射光輸入環(huán)形器CIR2的端口 C22， 然后經(jīng)環(huán)形器CIR2的端口 C23輸入到光電探測器PIN3;所述零差探測模塊包含光電探測器 PIN3和光電探測器PIN4以及處理電路;零差探測模塊用于對光電探測器PIN3和光電探測器 PIN4的結(jié)果做差處理，以獲得調(diào)制信號信息數(shù)據(jù)。
[0010]作為本發(fā)明進一步改進的技術(shù)方案，定義脈沖強度較高者為本振光，脈沖強度較 低為信號光，且保證信號光所在分束臂B4為分束臂B3、分束臂B4中較短臂;所述脈沖為經(jīng)過 2*2分束器BS1分束、法拉第旋鏡反射并在2*2分束器BS1處合束的脈沖。
[0011] 作為本發(fā)明進一步改進的技術(shù)方案，調(diào)制模塊的相位調(diào)制器PM1置于標定為信號 光所在的分束臂Μ上或者置于合束后的分束臂B2上的，所述相位調(diào)制器PM1用于對信號光 進行相位調(diào)制;對本振光不做任何調(diào)制，直接經(jīng)端口 BS12接入通信信道。
[0012] 作為本發(fā)明進一步改進的技術(shù)方案，在分束臂Β2上連接有振幅調(diào)制器ΑΜ2,振幅調(diào) 制器ΑΜ2用于對信號光的振幅進行調(diào)制。
[0013] 作為本發(fā)明進一步改進的技術(shù)方案，振幅調(diào)制器ΑΜ2和相位調(diào)制器ΡΜ1的調(diào)制數(shù)值由 信號光的正則分量χ、ρ計算所得，振幅調(diào)制值，相位調(diào)制值f ==+ 和Ρ服從高斯分布。
[0014] 作為本發(fā)明進一步改進的技術(shù)方案，調(diào)制模塊還包括放置在分束臂Β3或者分束臂 Β4上的可調(diào)延時線DL1，可調(diào)延時線DL1用于調(diào)節(jié)信號光和本振光的相對時間延遲。
[0015] 作為本發(fā)明進一步改進的技術(shù)方案，發(fā)射端的信號光所在的分束臂Μ上放置一個 分束器BS2和一個可調(diào)衰減器V0A組合，用于實現(xiàn)對信號光功率的檢測和控制。
[0016] 作為本發(fā)明進一步改進的技術(shù)方案，發(fā)射端還包含一環(huán)形器CIR1，環(huán)形器CIR1的 端口 C12連接通信信道，端口 Cl 1連接端口 BS12，端口 C13連接光電探測器，用于檢測病毒攻 擊。
[0017] 作為本發(fā)明進一步改進的技術(shù)方案，通信信道是光波導(dǎo)介質(zhì)、自由空間、分離光學(xué) 元件、光纖光學(xué)元件或者是它們中任意兩個及以上組合；
[0018] 作為本發(fā)明進一步改進的技術(shù)方案，接收端法拉第反射鏡FM3、FM4和發(fā)射端法拉 第反射鏡FM1、FM2特征相同。
[0019] 作為本發(fā)明進一步改進的技術(shù)方案，所述環(huán)形器CIR2和發(fā)射端環(huán)形器CIR1特征相 同，從C21端口輸入光，從C22端口輸出，從C22端口輸入光，從C23端口輸出；從Cl 1端口輸入 光，從C12端口輸出，從C12端口輸入光，從C13端口輸出。
[0020] 作為本發(fā)明進一步改進的技術(shù)方案，接收端的解調(diào)模塊還包含一可調(diào)延遲線DL2， 所述DL2可設(shè)置在分束臂B7、B8任一上，與可調(diào)延遲線DL1協(xié)同工作，用于調(diào)節(jié)使得BS3分束 臂B7、B8的臂長差與BS1分束臂B3、B4臂長差相等，進而使在發(fā)射、接收端分別走長臂、短臂 的本振光和分別走短臂、長臂的信號光同時到達合束器BS3,實現(xiàn)干涉。
[0021] 作為本發(fā)明進一步改進的技術(shù)方案，接收端的相位調(diào)制器PM2置于分束臂B7、B8中 相對較短臂上，且只對本振光做相位調(diào)制。
[0022] 作為本發(fā)明進一步改進的技術(shù)方案，所述接收端相位調(diào)制器PM2根據(jù)二進制隨機 數(shù)，隨機調(diào)制為0°或90°，實現(xiàn)測量選基作用。
[0023] 本基于法拉第-邁克爾遜干涉連續(xù)變量量子密鑰分發(fā)系統(tǒng)工作流程：
[0024] 1、選擇波長符合的窄線寬激光器后，經(jīng)過振幅調(diào)制器AM1對輸出光的重復(fù)頻率、脈 寬、振幅進行調(diào)制，所得脈沖光經(jīng)隔離器ISO單向連入2*2分束器。
[0025] 2、光源輸出光經(jīng)分束器BS1后分成兩束，分別稱之為本振光和信號光，分別進入分 束器端口 BS13、端口 BS14。一般地，選擇讓強度較高的本振光(約10~8光子/脈沖)通過分束 臂B3、分束臂Μ中較長的臂，強度較弱的信號光通過分束臂B3、分束臂Μ中較短的臂。
[0026] 3、經(jīng)過法拉第旋鏡FM1和法拉第旋鏡FM2反射，兩束光偏振均發(fā)生90°偏轉(zhuǎn)，往返過 程偏振影響自補償。
[0027] 4、經(jīng)分束器BS1的端口 BS13的法拉第旋鏡FM1反射的本振光不做調(diào)制，直接經(jīng)分束 器BS1的端口 BS12耦合進入通信信道。
[0028] 5、發(fā)射端根據(jù)制備調(diào)制隨機數(shù)，通過端口 BS4的相位調(diào)制器PM 1和端口 BS12的振 幅調(diào)制器AM 1對信號光光場的光場的正則位置X或者正則動量Ρ進行調(diào)制。
[0029] 6、依靠分束臂B3、分束臂B4不等臂長和可調(diào)延時線DL 1，使本振光和信號光在傳 輸時域上有相對延遲。
[0030] 7、本振光和信號光通過時分復(fù)用技術(shù)經(jīng)端口 BS12進入通信信道。
[0031] 8、信號光和本振光到達接收端，經(jīng)過3dB分束器BS3進行分束，進入和發(fā)射端對稱 的不等臂F-M環(huán)，發(fā)射端的F-M環(huán)調(diào)制模塊和接收端的不等臂F-M環(huán)的臂長差相等。
[0032] 9、經(jīng)不等臂F-M環(huán)上的法拉第旋鏡FM3和法拉第旋鏡FM4反射后，部分信號光和本 振光的時間延遲得到補償。在發(fā)射和接收端分別走長臂和短臂本振光和發(fā)射、接收端分別 走短臂、長臂的信號光將同時到達分束器BS3,發(fā)生干涉。
[0033] 10、接收端本振光所在臂上安裝有相位調(diào)制器PM2,通過隨機二進制數(shù)選擇調(diào)相0 或者90°，進而實現(xiàn)測量基X分量或者P分量選擇測量。
[0034] 11、信號光和本振光在3dB分束器（即分束器BS3)處干涉，進入零差探測模塊。經(jīng)零 差探測，接收端獲得一串和發(fā)射端關(guān)聯(lián)的符號值，二者經(jīng)過量化處理，將符號創(chuàng)轉(zhuǎn)化為二進 制碼，進而進行數(shù)據(jù)后處理，最后獲得安全二進制密鑰。
[0035] 本發(fā)明主要包括位于發(fā)射端的光源模塊、調(diào)制F-M環(huán)模塊、通信信道、位于接收端 的解調(diào)F-M環(huán)模塊、零差探測模塊;本發(fā)明依靠法拉第鏡的旋光特性，使得光在入射和反射 光路中受到的偏振擾動自動補償，實現(xiàn)穩(wěn)定量子密鑰分發(fā)。目前關(guān)于CVQKD的研究方向集中 為提高探測器探測效率和算法的升級，本發(fā)明從密鑰分發(fā)裝置提出了創(chuàng)新，本發(fā)明可結(jié)合 上述探測和數(shù)據(jù)后處理技術(shù)使用，使CVQKD系統(tǒng)穩(wěn)定、安全的傳輸量子密鑰。本發(fā)明引入了 兩個不等臂法拉第-邁克爾遜干涉環(huán)，借助法拉第偏振旋轉(zhuǎn)鏡，使脈沖往返過程中偏振擾動 得到自補償，有利于提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性，不易受偏振干擾;可結(jié)合現(xiàn)有的探測技術(shù)和后處理 算法，實現(xiàn)長距離穩(wěn)定量子密鑰分發(fā)?？傊?，本發(fā)明提出了一種新型連續(xù)變量量子密鑰分配 方案，有利于提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性，不易受偏振干擾;可結(jié)合現(xiàn)有的探測技術(shù)和后處理算法， 實現(xiàn)長距離穩(wěn)定量子密鑰分發(fā)。
【附圖說明】
[0036] 圖1為本發(fā)明的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)不意圖；
[0037]圖2為本發(fā)明的CVQKD實現(xiàn)方案原理示意圖。
【具體實施方式】
[0038] 實施例1
[0039] 參見圖1和圖2,本基于法拉第-邁克爾遜干涉連續(xù)變量量子密鑰分發(fā)系統(tǒng)，包括發(fā) 射端、通信信道和接收端;發(fā)射端的輸出端連接通信信道的輸入端，通信信道的輸出端連接 接收端的輸入端。
[0040] 發(fā)射端包括光源t吳塊和調(diào)制t吳塊，光源t吳塊的輸出端連接調(diào)制t吳塊的輸入端;光 源模塊包括依次連接的連續(xù)激光器Laser、振幅調(diào)制器AM1和隔離器ISO;連續(xù)激光器Laser 用于產(chǎn)生所需波長的連續(xù)激光，振幅調(diào)制器AMI用于對激光器Laser輸出光參數(shù)進行調(diào)控； 振幅調(diào)制器AM1的輸出光接入隔離器ISO的輸入端;隔離器ISO的另外一端接入調(diào)制模塊； [0041 ]調(diào)制模塊為F-M環(huán)調(diào)制模塊;F-M環(huán)調(diào)制模塊包括2*2分束器BS1、法拉第旋鏡FM1、 法拉第旋鏡FM2和相位調(diào)制器PM1; 2*2分束器BS1有四個分束臂，分別是分束臂B1、分束臂 B2、分束臂B3和分束臂Μ;分束臂B3和分束臂Μ臂長不等；四個分束臂的前端分別對應(yīng)四個 端口，分別為端口BS11、端口BS12、端口BS13、端口BS14;端口BS11連接隔離器IS0,端口BS12 連接通信信道;連接光源模塊的端口為入射端，連接通信信道的端口為出射端;端口 BS13連 接法拉第旋鏡FM1，端口 BS14連接法拉第旋鏡FM2;光源模塊產(chǎn)生的連續(xù)激光經(jīng)入射端進入 2*2分束器BS1，經(jīng)過2*2分束器BS1分束后形成本振光和信號光，本振光進入端口 BS13,信號 光進入端口 BS14;本振光和信號光分別經(jīng)法拉第旋鏡FM1和法拉第旋鏡FM2反射后進入2*2 分束器BS1并發(fā)生耦合;法拉第旋鏡FM1和法拉第旋鏡FM2均為90度法拉第反射鏡，用于使反 射光偏振方向相對于入射光旋轉(zhuǎn)90度;本振光和本振光的反射光經(jīng)分束器BS1親合后進入 端口 BS11和端口 BS12 ;其中進入端口 BS11的反射光被光源模塊隔離器損耗掉，進入端口 BS12的反射光接入通信信道；
[0042]經(jīng)過BS1分束、FM反射并在BS1處合束的脈沖，定義強度較高者為本振光，強度較低 為信號光，且保證信號光所在分束臂B4為B3、B4中較短臂。
[0043]調(diào)制模塊的相位調(diào)制器PM1置于標定為信號光所在的分束臂Μ上或者置于合束后 的分束臂Β2上的，所述相位調(diào)制器ΡΜ1用于對信號光進行相位調(diào)制；對本振光不做任何調(diào) 制，直接經(jīng)端口 BS12接入通信信道。
[0044] 在分束臂Β2上連接有振幅調(diào)制器ΑΜ2,振幅調(diào)制器ΑΜ2用于對信號光的振幅進行調(diào) 制。
[0045] 振幅調(diào)制器ΑΜ2和相位調(diào)制器ΡΜ1的調(diào)制數(shù)值由信號光的正則分量Χ、Ρ計算所得， 振幅調(diào)制值A(chǔ)=m :，相位調(diào)制值(Ρ =獻從賴:|，一般地，X和Ρ服從高斯分布。
[0046]調(diào)制模塊還包括放置在分束臂B3或者分束臂B4上的可調(diào)延時線DL1，可調(diào)延時線 DL1用于調(diào)節(jié)信號光和本振光的相對時間延遲。
[0047]發(fā)射端的信號光所在的分束臂B4上放置一個分束器BS2和一個可調(diào)衰減器V0A組 合，用于實現(xiàn)對信號光功率的檢測和控制。
[0048] 發(fā)射端系統(tǒng)還包含一環(huán)形器CIR1，環(huán)形器CIR1的端口 C12連接通信信道，端口 Cl 1 連接端口BS12，端口 C13連接光電探測器，用于檢測特洛伊木馬等攻擊。
[0049]所述通信信道為光傳播通道，用于將發(fā)射端調(diào)制的信號光和未調(diào)制的本振光傳輸 到接收端，可以是光波導(dǎo)介質(zhì)、自由空間、分離光學(xué)元件、光纖光學(xué)元件或者是它們中任意 兩個及以上組合；
[0050]接收端包括解調(diào)模塊和零差探測模塊;解調(diào)模塊為解調(diào)F-M環(huán)模塊，解調(diào)F-M環(huán)模 塊包含環(huán)形器CIR2,2*2不等臂分束器BS，法拉第旋鏡FM3、法拉第旋鏡FM4、和相位調(diào)制器 PM2;環(huán)形器CIR2的C21端口通信信道相連，C22端口與BS3相連，C23端口連接零差探測組件。 不等臂F-M環(huán)使用分束比為50:50的分束器BS3;分束器BS3為2*2分束器，有四個分束臂，分 別是分束臂B5、分束臂B6、分束臂B7和分束臂B8;四個分束臂的前端分別對應(yīng)分別四個端 口，分別為端口BS31、端口BS32、端口BS33、端口BS34;端口BS31連接通信信道，端口BS32連 接光電探測器PIN4，端口 BS33連接法拉第旋鏡FM3，端口 BS34連接法拉第旋鏡FM4;分束臂B7 和分束臂B8的臂長差與分束臂B3和分束臂Μ臂長差相等，即| 1b7_1b8| = | 1b3-1b4| ;端口BS31 連接環(huán)形器CIR2的端口 C22,將法拉第旋鏡FM3和法拉第旋鏡FM4的反射光輸入環(huán)形器CIR2 的端口 C22,然后經(jīng)環(huán)形器CIR2的端口 C23輸入到光電探測器PIN3;所述零差探測模塊包含 光電探測器PIN3和光電探測器PIN4以及處理電路;零差探測模塊用于對光電探測器PIN3和 光電探測器PIN4的結(jié)果做差處理，以獲得調(diào)制信號信息數(shù)據(jù)。
[0051 ] 接收端法拉第反射鏡FM3和FM4和發(fā)射端FM1、FM2特征相同。環(huán)形器CIR2和發(fā)射端 環(huán)形器CIR1特征相同，從C21 (Cl 1)端口輸入光，從C22(C12)端口輸出，從C22(C12)端口輸入 光，從C23(C13)端口輸出。
[0052]接收端的解調(diào)模塊還包含一可調(diào)延遲線DL2,所述DL2可設(shè)置在分束臂B7、B8任一 上，與DL1協(xié)同工作，用于調(diào)節(jié)使得BS3分束臂B7、B8的臂長差與BS1分束臂B3、B4臂長差相 等，進而使在發(fā)射、接收端分別走長臂、短臂的本振光和分別走短臂、長臂的信號光同時到 達合束器BS3,實現(xiàn)干涉。
[0053] 接收端的相位調(diào)制器PM2應(yīng)置于B7、B8中相對較短臂上，且只對本振光做相位調(diào) 制。相位調(diào)制器PM2根據(jù)二進制隨機數(shù)，隨機調(diào)制為0°或90°，實現(xiàn)測量選基作用。
[0054]通過零差探測，接收端將獲得一串和發(fā)射端關(guān)聯(lián)的符號值，二者經(jīng)過量化處理，將 符號創(chuàng)轉(zhuǎn)化為二進制碼，進而進行數(shù)據(jù)后處理，最后獲得安全二進制密鑰。
【主權(quán)項】
1. 一種基于法拉第-邁克爾遜干涉連續(xù)變量量子密鑰分發(fā)系統(tǒng)，包括發(fā)射端、通信信道 和接收端;發(fā)射端的輸出端連接通信信道的輸入端，通信信道的輸出端連接接收端的輸入 端;其特征在于： 所述發(fā)射端包括光源模塊和調(diào)制模塊，光源模塊的輸出端連接調(diào)制模塊的輸入端;所 述光源模塊包括依次連接的連續(xù)激光器Laser、振幅調(diào)制器AMl和隔離器ISO;連續(xù)激光器 Laser用于產(chǎn)生所需波長的連續(xù)激光，振幅調(diào)制器AMl用于對激光器Laser輸出光參數(shù)進行 調(diào)控;振幅調(diào)制器AMl的輸出光接入隔離器ISO的輸入端;隔離器ISO的另外一端接入調(diào)制模 塊;所述調(diào)制模塊為F-M環(huán)調(diào)制模塊;所述F-M環(huán)調(diào)制模塊包括2*2分束器BS1、法拉第旋鏡 FMl、法拉第旋鏡FM2、相位調(diào)制器PMl，振幅調(diào)制器AMl; 2*2分束器BSl有四個分束臂，分別是 分束臂Bl、分束臂B2、分束臂B3和分束臂M;分束臂B3和分束臂M臂長不等；四個分束臂的 前端分別對應(yīng)四個端口，分別為端口BSl 1、端口BSl2、端口BSl3、端口BS14;端口BSl 1連接隔 離器ISO，端口 BSl 2連接通信信道;連接光源模塊的端口為入射端，連接通信信道的端口為 出射端;端口 BS13連接法拉第旋鏡FMl，端口 BS14連接法拉第旋鏡FM2;光源模塊產(chǎn)生的連續(xù) 激光經(jīng)入射端進入2*2分束器BSl，經(jīng)過2*2分束器BSl分束后形成本振光和信號光，本振光 進入端口 BS13，信號光進入端口 BS14;本振光和信號光分別經(jīng)法拉第旋鏡FMl和法拉第旋鏡 FM2反射后進入2*2分束器BSl并發(fā)生耦合;法拉第旋鏡FMl和法拉第旋鏡FM2均為90度旋轉(zhuǎn) 法拉第反射鏡，用于使反射光偏振方向相對于入射光旋轉(zhuǎn)90度;本振光和信號光的反射光 經(jīng)分束器BSl耦合后進入端口 BSl 1和端口 BSl 2;其中進入端口 BSl 1的反射光被光源模塊隔 離器ISO損耗掉，進入端口 BS12的反射光接入通信信道； 通信信道為光傳播通道，用于將發(fā)射端調(diào)制的信號光和未調(diào)制的本振光傳輸?shù)浇邮?端； 所述接收端包括解調(diào)模塊和零差探測模塊;解調(diào)模塊為解調(diào)F-M環(huán)模塊，解調(diào)F-M環(huán)模 塊包含環(huán)形器CIR2、2*2不等臂分束器BS3、法拉第旋鏡FM3、法拉第旋鏡FM4和相位調(diào)制器 PM2;環(huán)形器CIR2的C21端口通信信道相連，C22端口與BS3相連，C23端口連接零差探測組件； 分束器BS3分束比為50 :50;分束器BS3為2*2分束器，有四個分束臂，分別是分束臂B5、分束 臂B6、分束臂B7和分束臂B8;四個分束臂的前端分別對應(yīng)分別四個端口，分別為端口 BS31、 端口 BS32、端口 BS33、端口 BS34;端口 BS31連接通信信道，端口 BS32連接光電探測器PIM，端 口 BS33連接法拉第旋鏡FM3，端口 BS34連接法拉第旋鏡FM4;分束臂B7和分束臂B8的臂長差 與分束臂B3和分束臂M臂長差相等，即I 1b7-1b8| = I Ib3-Ib4I ;端口BS31連接環(huán)形器CIR2的端 口 C22，將法拉第旋鏡FM3和法拉第旋鏡FM4的反射光輸入環(huán)形器CIR2的端口 C22，然后經(jīng)環(huán) 形器CIR2的端口 C23輸入到光電探測器PIN3;所述零差探測模塊包含光電探測器PIN3和光 電探測器PIM以及處理電路;零差探測模塊用于對光電探測器PIN3和光電探測器PIM的結(jié) 果做差處理，以獲得調(diào)制信號信息數(shù)據(jù)。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于法拉第-邁克爾遜干涉連續(xù)變量量子密鑰分發(fā)系統(tǒng)，其特 征在于:定義脈沖強度較高者為本振光，脈沖強度較低為信號光，且保證信號光所在分束臂 B4為分束臂B3、分束臂B4中較短臂;所述脈沖為經(jīng)過2*2分束器BSl分束、法拉第旋鏡反射并 在2*2分束器BSl處合束的脈沖。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于法拉第-邁克爾遜干涉連續(xù)變量量子密鑰分發(fā)系統(tǒng)，其特 征在于:調(diào)制模塊的相位調(diào)制器PMl置于標定為信號光所在的分束臂M上或者置于合束后 的分束臂B2上的，所述相位調(diào)制器PMl用于對信號光進行相位調(diào)制；對本振光不做任何調(diào) 制，直接經(jīng)端口 BSl 2接入通信信道。4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于法拉第-邁克爾遜干涉連續(xù)變量量子密鑰分發(fā)系統(tǒng)，其特 征在于:在分束臂B2上連接有振幅調(diào)制器AM2,振幅調(diào)制器AM2用于對信號光的振幅進行調(diào) 制。5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的基于法拉第-邁克爾遜干涉連續(xù)變量量子密鑰分發(fā)系統(tǒng)，其特 征在于:振幅調(diào)制器AM2和相位調(diào)制器PMl的調(diào)制數(shù)值由信號光的正則分量X、P計算所得，振 幅調(diào)制值4、P2 ,相位調(diào)制值釋= ?%?賴|>x和P服從高斯分布。6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于法拉第-邁克爾遜干涉連續(xù)變量量子密鑰分發(fā)系統(tǒng)，其特 征在于：調(diào)制模塊還包括放置在分束臂B3或者分束臂B4上的可調(diào)延時線DLl，可調(diào)延時線 DLl用于調(diào)節(jié)信號光和本振光的相對時間延遲。7. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的基于法拉第-邁克爾遜干涉連續(xù)變量量子密鑰分發(fā)系統(tǒng)，其特 征在于:發(fā)射端的信號光所在的分束臂M上放置一個分束器BS2和一個可調(diào)衰減器VOA組 合，用于實現(xiàn)對信號光功率的檢測和控制。8. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于法拉第-邁克爾遜干涉連續(xù)變量量子密鑰分發(fā)系統(tǒng)，其特 征在于:發(fā)射端還包含一環(huán)形器CIRl，環(huán)形器CIRl的端口 C12連接通信信道，端口 Cl 1連接端 口 BS12,端口 C13連接光電探測器，用于檢測病毒攻擊。9. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于法拉第-邁克爾遜干涉連續(xù)變量量子密鑰分發(fā)系統(tǒng)，其特 征在于:通信信道是光波導(dǎo)介質(zhì)、自由空間、分離光學(xué)元件、光纖光學(xué)元件或者是它們中任 意兩個及以上組合。10. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于法拉第-邁克爾遜干涉連續(xù)變量量子密鑰分發(fā)系統(tǒng)，其 特征在于:接收端法拉第反射鏡FM3、FM4和發(fā)射端法拉第反射鏡FMl、FM2特征相同。11. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于法拉第-邁克爾遜干涉連續(xù)變量量子密鑰分發(fā)系統(tǒng)，其 特征在于:所述環(huán)形器CIR2和發(fā)射端環(huán)形器CIRl特征相同，從C21端口輸入光，從C22端口輸 出，從C22端口輸入光，從C23端口輸出；從Cl 1端口輸入光，從Cl2端口輸出，從Cl2端口輸入 光，從C13端口輸出。12. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于法拉第-邁克爾遜干涉連續(xù)變量量子密鑰分發(fā)系統(tǒng)，其 特征在于:接收端的解調(diào)模塊還包含一可調(diào)延遲線DL2，所述DL2可設(shè)置在分束臂B7、B8任一 上，與可調(diào)延遲線DLl協(xié)同工作，用于調(diào)節(jié)使得BS3分束臂B7、B8的臂長差與BSl分束臂B3、B4 臂長差相等，進而使在發(fā)射、接收端分別走長臂、短臂的本振光和分別走短臂、長臂的信號 光同時到達合束器BS3,實現(xiàn)干涉。13. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于法拉第-邁克爾遜干涉連續(xù)變量量子密鑰分發(fā)系統(tǒng)，其 特征在于:接收端的相位調(diào)制器PM2置于分束臂B7、B8中相對較短臂上，且只對本振光做相 位調(diào)制。14. 根據(jù)權(quán)利要求11所述的基于法拉第-邁克爾遜干涉連續(xù)變量量子密鑰分發(fā)系統(tǒng)，其 特征在于:所述接收端相位調(diào)制器PM2根據(jù)二進制隨機數(shù)，隨機調(diào)制為0°或90°，實現(xiàn)測量選 基作用。
【文檔編號】H04L9/08GK105897414SQ201610362912
【公開日】2016年8月24日
【申請日】2016年5月26日
【發(fā)明人】宋紅巖, 趙義博, 郝鵬磊, 劉云, 苗春華
【申請人】安徽問天量子科技股份有限公司