的偏振相关性，即避免了不同光偏振态进入强度调制器时出现不同的强度调制结果，进一步增加了系统的安全性。
【附图说明】
[0024]图1为本实用新型装置结构示意图；
[0025]图2为本实用新型实施例中的FPGA同步示意图；
[0026]图3为本实用新型实施例中的ASIC芯片同步示意图；
[0027]图4为本实用新型实施例结构示意图；
[0028]图5为本实用新型实施例的超短激光脉冲时序图；
[0029]图6为本实用新型实施例的高速光强度调制模块示意图；
[0030]图7为本实用新型实施例的高速光强度调制模块光脉冲强度调制时序图；
[0031]图8为本实用新型实施例的高速光相位调制模块中光脉冲相位调制时序图；
[0032]图9为本实用新型实施例的偏振态产生光路示意图。
【具体实施方式】
[0033]下面结合附图及实施例对本实用新型进行详细描述，但不仅限于以下实施例。
[0034]实施例
[0035]参阅图4，本实施例激光源为中心波长1550nm、重复频率为1.25GHz的超短脉冲激光器，脉宽在30ps左右，依次通过高速光强度调制器模块和偏振态产生光路以及光衰减器后产生包括九种量子态的诱骗态光源。
[0036]参阅图2及图3，本实施例中要使用到1.25GHz的随机数信号，由逻辑芯片输出并和超短脉冲激光器的触发信号同步，由随机数芯片产生基于白噪声的真随机数，送入逻辑芯片进行处理后将随机数信号送给光强度调制模块和光相位调制模块使用，同时逻辑芯片输出1.25GHz触发信号给超短脉冲激光器，并与随机数信号进行同步。
[0037]参阅图5，超短脉冲激光器所发出的光脉冲为线偏振光，间隔为800ps，然后进入光强度调制模块，进行三种光强度的随机调制。使用的强度调制器要求有很高的消光比和很宽的带宽，此处使用消光比为30dB带宽为12GHz的铌酸锂强度调制器；强度调制器和其外围驱动电路如图6所示，该强度调制器的半波电压为6.5V，即所加的直流偏置电压的大小。整个强度调制模块通过逻辑芯片控制和同步，逻辑芯片每个时钟周期产生三种两位随机数00、01、10，并且控制这三种随机数的比例为1:3:1，脉冲整形放大模块I和2分别对应1:和I2 (其中I1 = I2= 3:1)，分别由随机数01和10触发，产生00随机数时两路均不触发，此时无光输出，对应零光子态，故此时I1U2A三种光强光脉冲数量的比例为3:1:1 ;其中脉冲整形放大模块I和2输出的调制电压信号通过宽带功率合成器耦合后驱动强度调制器。信号的调制时序如图7所示，由逻辑芯片产生的随机数随机触发的三种调制电压脉冲经过同步后分别调制每个光脉冲信号，然后随机输出I1、I2、0三种光强(其中I1:12= 3:1且三种光强脉冲数量比为3:1:1)。
[0038]然后包含三种不同光强的光脉冲经过光环行器后进入四口 PBS，如图9所示，每个光脉冲分为偏振方向互相垂直的A光和B光，A光依次通过相位调制模块、PBS和法拉第反射镜FM后再次到达PBS，此时由于A光通过法拉第转镜后偏振态旋转了 90°，故再次进入PBS时会透射出光的路径则相反，依次经过FM、PBS、相位调制模块后再次到达PBS。因为两光传输路径完全相同，故此时A光和B光重新在PBS处汇聚发生干涉。其中只对A光进行相位调制，时序如图8所示，调制脉冲在每周期内分别与A光的脉冲序列对齐，并确保与A光同时射入的B光通过相位调制器之前将调制脉冲关断，即调整光纤的长度使A光和B光在到达相位调制器时所通过的路程差为L，光在光纤中传播速度为2X 108m/s，使B脉冲正好在两个A脉冲中间通过调制器，即使A和B两脉冲通过调制器的时延为400ps，则
[0039]L = 2 X 108m/s X 400ps = 8 cm
[0040]而调制电脉冲的宽度控制在300ps左右，可以确保只调制A光。该光路中除连接FM和PBS的光纤为单模光纤外其余光纤均为保偏光纤。
[0041]相位调制电脉冲信号的电路共有四路，如图9所示，分别对应相位调制器调制产生O、31 /2、31,3 31/2相移所需电压，然后通过宽带功率合成器将每个时钟周期的调制电压合成一路后驱动相位调制器(与强度调制器驱动电路类似)，使A光相对B光分别产生O、31/2、、3 /2的相位差，然后在PBS重新汇聚时进行干涉，分别产生45°线偏光、左旋圆偏振光、135°线偏振光和右旋圆偏振光共四种偏振态。其中由逻辑芯片输出1.25GHz的随机数，在每个时钟周期随机触发一路驱动电路，即通过该光路可以产生四种偏振态。
[0042]然后光脉冲信号通过光环行器后到达衰减可调的光衰减器衰减到单光子水平，共三种强度光脉冲，平均每脉冲光子数分别为μ =0、μ =0.2、μ = 0.6，即零光子态、诱骗态和信号态(数量比为1:1:3);其中平均每脉冲光子数为μ =0.2、μ =0.6的两种光脉冲信号又分别包含四种偏振态(45°线偏光、135°线偏光、左旋圆偏振光和右旋圆偏振光)，故此时得到包含九种量子态的诱骗态光源。
【主权项】
1.一种外调制的高速诱骗态量子光源的装置，其特征在于该装置包括超短脉冲激光器、高速光强度调制模块、偏振态产生光路、高速光相位调制模块、光衰减器和高速逻辑控制芯片，其中，超短脉冲激光器连接高速光强度调制模块，高速光强度调制模块连接偏振态产生光路，偏振态产生光路分别连接高速光相位调制模块及连接光衰减器，高速逻辑控制芯片分别连接超短脉冲激光器、高速光强度调制模块及高速光相位调制模块。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于所述超短脉冲激光器为电脉冲驱动的半导体激光二极管，发出的激光脉冲的重复频率达GHz，光脉冲宽度为皮秒量级。
3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于所述高速光强度调制模块，由高速光强度调制器和外围驱动电路组成，通过光纤与所述超短脉冲激光器相连，对其产生的超短光脉冲进行强度调制，所述高速光强度调制器为基于电光效应的光强度调制器；所述的驱动电路由两路构成，每个时钟周期由高速逻辑控制芯片选择随机驱动一路或两路均不触发，分别产生IpI2A三种光强，其中I1 = I2= 3:1，分别对应信号态和诱骗态。
4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于所述偏振态产生光路由光纤器件组成，为萨格奈克干涉环或基于“plug-play”的光路，该光路能够将入射光分为两束线偏振光进行相互干涉，其中一路线偏振光通过相位调制器，与另一线偏振光产生相位差，两束光通过干涉后调制出线偏基和圆偏基，共四种偏振态；其中，线偏基为45°线偏光和135°线偏光，圆偏基为左旋圆偏振光和右旋圆偏振光。
5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于所述高速光相位调制模块由高速相位调制器和外围驱动电路组成，所述的相位调制器为基于电光效应的调制器，调制器所用的晶体为KDP晶体或铌酸锂晶体，当外加在晶体上的电场改变时，晶体介质折射率随之线性变化，从而实现对光的调制；所述外围驱动电路由四路构成，分别对应O、31 /2、31,3 31/2的相移；由高速逻辑控制芯片随机驱动任意一路。
6.根据权利要求1所述的装置，其特征在于所述的高速逻辑控制芯片为现场可编程门阵列FPGA或集成电路ASIC逻辑单元。
7.根据权利要求1所述的装置，其特征在于所述光衰减器为一种衰减可调的光纤器件，通过保偏光纤与偏振态产生光路连接，将调制后的光脉冲信号衰减到量子态水平，产生共九种量子态:三种强度光脉冲，平均每脉冲光子数分别为μ = O、μ = 0.2、μ = 0.6，即零光子态、诱骗态和信号态，数量比为1:1:3 ;其中平均每脉冲光子数为μ =0.2、μ =0.6的两种光脉冲信号又分别包含四种偏振态即45°线偏光、135°线偏光、左旋圆偏振光和右旋圆偏振光。
【专利摘要】本实用新型公开了一种外调制的高速诱骗态量子光源的装置，它包括超短脉冲激光器、高速光强度调制模块、偏振态产生光路、高速光相位调制模块、光衰减器和高速逻辑控制芯片。由超短脉冲激光器发出高重复频率的线偏振光脉冲，然后进入高速光强度调制模块，将原本强度相同的光脉冲信号随机调制成三种不同光强度的光脉冲信号，分别为信号态和诱骗态，然后进入偏振态产生光路随机产生四种偏振态，再经过光衰减器衰减后输出三种光强、四种偏振态共九种量子态。本实用新型采用外调制的方式调制光脉冲的强度，调制出的不同量子态的光脉冲具有很好的一致性，克服了内调制由于光脉冲形状、幅值、脉宽不一致造成安全漏洞的问题。
【IPC分类】H04L9-08
【公开号】CN204334601
【申请号】CN201420847823
【发明人】曾和平, 赵林, 陈杰, 梁焰
【申请人】上海朗研光电科技有限公司
【公开日】2015年5月13日
【申请日】2014年12月23日