一种量子密钥分配系统中相位调制器半波电压的补偿方法与流程

技术特征：

1.一种基于量子密钥分配系统对相位调制器半波电压进行补偿的装置，包括：发送端和接收端，其中，所述发送端包括：DFB激光器、光强调制器、电控衰减器、法拉第迈克尔逊干涉仪、光隔离器和波分复用器，其中，所述DFB激光器与所述光强调制器相连，用于产生脉冲光，所述光强调制器分别与所述DFB激光器和电控衰减器相连，用于对脉冲光进行信号态和诱骗态调制变为脉冲光信号，所述电控衰减器分别与所述光强调制器和光环形器相连，用于将所述光脉冲信号衰减成单光子信号，所述法拉第迈克尔逊干涉仪分别与所述光环形器和光隔离器相连，用于对单光子信号产生干涉，所述光隔离器分别与所述法拉第迈克尔逊干涉仪和波分复用器相连，用于使单光子信号单向导通，其特征在于，

所述发送端还包括：光环形器、马赫曾德干涉仪、光电探测器和FPGA，其中，所述光环形器包括第一端口、第二端口和第三端口，所述第一端口与第二端口形成第一通道，所述第二端口和第三端口形成第二通道，所述第一端口与所述电控衰减器相连，所述第二端口与所述法拉第迈克尔逊干涉仪中的光分束器相连，所述第三端口与所述马赫曾德干涉仪相连，用于使经所述第一通道传输至所述法拉第迈克尔逊干涉仪中进行干涉的单光子信号再经所述第二通道传输至所述马赫曾德干涉仪中再次进行光子干涉，所述马赫曾德干涉仪包括：第一光分束器和第二光分束器，所述第一光分束器和第二光分束器通过光纤延时线相连，用于对单光子信号进行延时处理，所述光电探测器分别与所述第二光分束器和FPGA相连，用于对单光子信号进行探测且转换成电信号。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述接收端包括：波分复用器、光隔离器、法拉第迈克尔逊干涉仪和单光子探测器，所述接收端的波分复用器与所述发送端的波分复用器通过公共信道相连，用于将发送端的不同波长的单光子信号进行合束后传输至接收端，所述光隔离器分别与所述波分复用器和法拉第迈克尔逊干涉仪相连，所述单光子探测器与所述法拉第迈克尔逊干涉仪相连，用于对单光子信号进行探测。

3.根据权利要求1-2中任一项所述的装置，其特征在于，所述接收端中的法拉第迈克尔逊干涉仪与所述发送端的法拉第迈克尔逊干涉仪结构相同，均包括：第一法拉第反射镜、相位调制器、第二法拉第反射镜和光分束器，其中，所述第一法拉第反射镜与所述相位调制器相连，用于对单光子信号进行反射，所述相位调制器分别与所述第一法拉第反射镜和光分束器相连，用于对单光子信号进行相位调制，所述第二法拉第反射镜与所述光分束器连接，所述发送端的光分束器分别与所述发送端的第二法拉第反射镜、相位调制器、光环形器和光隔离器相连，所述接收端的光分束器分别与所述接收端的第二法拉第反射镜、相位调制器、光隔离器和单光子探测器相连，均用于对一束单光子信号按比例分束。

4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述装置频率为50M，所述光脉冲信号间隔时间为20ns，所述延时时间为20ns，所述电信号为电压信号。

5.一种利用权利要求1-4中任一项所述的装置进行补偿的方法，其特征在于，包括以下步骤：

第一步：通过DFB激光器发出的前一光脉冲传输至所述发送端的相位调制器时，将所述发送端的相位调制器的电压固定为0V，后一脉冲传输至所述发送端的相位调制器时，所述发送端的相位调制器的电压在0V至V₀范围内变化，每隔0.1V变化一次，具体步骤为固定一个在0V至V₀范围内变化的电压扫描N个点，扫描完成一个电压，得到计数值，然后在0V至V₀范围内固定下一个电压进行扫描，然后根据干涉计数比例公式，然后计算出相应的值，由此得到所述发送端的相位调制器的相位电压加载关系，其中，所述y表示为：每个固定电压值扫描得到的计数值与前一光脉冲和后一光脉冲传输至所述发送端的相位调制器均加载0V时的计数值之比的比例值，表示干涉的两个光子的相位差；

第二步：所述装置进行量子密钥分配，在量子密钥分配的过程中，所述DFB激光器发出的前、后脉冲光经所述光强调制器变为前、后脉冲光信号，再经过所述电控衰减器，将所述前、后脉冲光信号衰减成所述前、后单光子信号，所述前、后单光子信号经所述光环形器的第一通道传输至所述发送端的法拉第迈克尔逊干涉仪进行干涉，干涉后的前、后单光子信号一部分经所述光隔离器和波分复用器传输至所述接收端的法拉第迈克尔逊干涉仪进行量子密钥分配，另一部分经所述光环形器的第二通道传输至所述马赫曾德干涉仪进行干涉，经过所述马赫曾德干涉仪干涉后的单光子，传输至所述光电探测器进行计数，所述FPGA对探测的信息进行提取分析，根据所述发送端相位调制器加载的相位进行归类，提取出前、后脉冲加载相位差分别为π/2和3π/2的计数值N_{a=1、2、3、4、5、6、7、8}，对计数值进行计算；

第三步：选取N_{a=1、2、7、8}计数值，设半波电压相位漂移角度为2θ，

则：，计算出θ的值，得到所述半波电压漂移角度2θ的值，然后根据所述步骤一中得到的相位电压加载关系得到需补偿的电压值，其中，N₁为所述发送端相位调制器前一脉冲加载的相位为π/2且发送端相位调制器后一脉冲加载的相位为0时的计数值，N₂为所述发送端相位调制器前一脉冲加载的相位为3π/2且发送端相位调制器后一脉冲加载的相位为0时的计数值，N₇为所述发送端相位调制器前一脉冲加载的相位为0且发送端相位调制器后一脉冲加载的相位为3π/2时的计数值，N₈为所述发送端相位调制器前一脉冲加载的相位为π且发送端相位调制器后一脉冲加载的相位为3π/2时的计数值。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述步骤一中，N为10000。

7.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述步骤二中，在量子密钥分配的过程中，所述发送端的相位调制器每隔20ns随机加载相位为0π、π/2、π、3π/2中的一个相位。