一种偏振编码标定系统的制作方法

1.本技术涉及量子通信技术领域，具体涉及一种偏振编码标定系统。


背景技术：

2.量子密钥分发是量子通信领域的核心研究内容之一，量子密钥分发设备主要由发射机与接收机组成，分别对应量子编码装置与解码装置。目前发射机主流的编码方案有偏振编码、相位编码和时间-相位编码，其中，偏振编码具有接收端插损低、成本低且结构简单的优势，为量子通信编码方式研究的一大热点。
3.偏振编码系统是通过对萨格纳克环形光路中的相位调制单元施加射频电信号而完成各偏振态的编码。具体地，在萨格纳克环形光路中，通过施加一定量的射频电信号给相位调制单元，相位调制单元会对其中相对的两束光脉冲中的一束进行相位调制，则萨格纳克环形光路最后输出的光脉冲就会产生不同的偏振态。经理论和实验验证，只需将萨格纳克环形光路中两束光脉冲的相位差分别调制到0、π/2、π、3π/2即可对应地产生45度线偏振光、右旋圆偏振光、135度线偏振光以及左旋圆偏振光，以此用于量子通信偏振编码。
4.在向相位调制单元施加与光脉冲频率相同的射频电信号时，施加的射频电信号脉冲需要与待相位调制的光脉冲对齐，倘若没有对齐，则不能准确地调节待相位调制光脉冲的相位，最终会导致偏振编码不精确，此外，系统工作时施加的射频电信号存在抖动漂移的现象，一旦射频电信号抖动漂移将会导致其无法与待相位调制的光脉冲对齐，进而也会导致偏振编码不精确。


技术实现要素：

5.为了克服现有技术的上述缺陷，本实用新型实施例所要解决的技术问题是提供了一种偏振编码标定系统，能够及时标定相位调制单元上施加的射频电信号脉冲与待相位调制的光脉冲是否对齐，以便在没有对齐的情况下可以及时地进行调整，进而实现精确地偏振编码。
6.本实用新型实施例的具体技术方案是：
7.一种偏振编码标定系统，包括偏振控制器、保偏环形器、偏振分束器、相位调制器、第一保偏分束器、第二保偏分束器、第一光路、第二光路、第三光路、第四光路、光电探测器；所述保偏环形器串联于所述偏振控制器与所述偏振分束器之间，所述偏振分束器的两个输出端分别连接于所述第一光路与所述第二光路，所述相位调制器设置于所述第一光路与所述第二光路中的任意一条光路，所述第一保偏分束器的两个输入端分别连接于所述第一光路与所述第二光路，所述第一保偏分束器的两个输出端分别连接于所述第三光路与所述第四光路，所述第二保偏分束器的两个输入端分别连接于所述第三光路与所述第四光路，所述光电探测器连接于所述第二保偏分束器的输出端；所述第一光路与所述第三光路的总长度等于所述第二光路与所述第四光路的总长度。
8.优选地，所述第一保偏分束器含有两个输入端与两个输出端，所述第一保偏分束
器的分光比为50:50。
9.优选地，所述第二保偏分束器含有两个输入端与一个输出端，所述第二保偏分束器的分光比为50:50。
10.优选地，所述第一光路的长度等于所述第二光路的长度，所述第三光路的长度等于所述第四光路的长度。
11.优选地，所述保偏环形器包括第一端口、第二端口、第三端口，所述偏振控制器连接于所述第一端口，所述偏振分束器连接于所述第二端口。
12.优选地，所述偏振控制器为三环控制器。
13.由以上方案可知，本技术提供一种偏振编码标定系统，通过设置具有两个输入端与两个输出端的第一保偏分束器、两个输入端与一个输出端的第二保偏分束器以及光电探测器，并且限定第一光路与第三光路的总长度等于第二光路与第四光路的总长度，使得分别经第三光路与第四光路的子光脉冲可以在第二保偏分束器1x2pmbs处发生干涉，进而可根据干涉后光电探测器pin输出的光强大小标定出相位调制单元上施加的相同频率的射频电信号脉冲与待相位调制的光脉冲是否对齐，并且可以在没有对齐的情况下调整使之对齐，进而实现精确地偏振编码。
14.参照后文的说明和附图，详细公开了本实用新型的特定实施方式，指明了本实用新型的原理可以被采用的方式。应该理解，本实用新型的实施方式在范围上并不因而受到限制。在所附权利要求的精神和条款的范围内，本实用新型的实施方式包括许多改变、修改和等同。针对一种实施方式描述和/或示出的特征可以以相同或类似的方式在一个或更多个其它实施方式中使用，与其它实施方式中的特征相组合，或替代其它实施方式中的特征。
附图说明
15.在此描述的附图仅用于解释目的，而不意图以任何方式来限制本实用新型公开的范围。另外，图中的各部件的形状和比例尺寸等仅为示意性的，用于帮助对本实用新型的理解，并不是具体限定本实用新型各部件的形状和比例尺寸。本领域的技术人员在本实用新型的教导下，可以根据具体情况选择各种可能的形状和比例尺寸来实施本实用新型。
16.图1为本技术的一种偏振编码标定系统结构示意图。
具体实施方式
17.结合附图和本实用新型具体实施方式的描述，能够更加清楚地了解本实用新型的细节。但是，在此描述的本实用新型的具体实施方式，仅用于解释本实用新型的目的，而不能以任何方式理解成是对本实用新型的限制。在本实用新型的教导下，技术人员可以构想基于本实用新型的任意可能的变形，这些都应被视为属于本实用新型的范围。需要说明的是，当元件被称为“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是机械连接或电连接，也可以是两个元件内部的连通，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“上”、“下”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目
的，并不表示是唯一的实施方式。
18.除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本技术的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本技术的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本技术。本文所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
19.本技术提供一种偏振编码标定系统，图1为本技术的一种偏振编码标定系统结构示意图。参照图1所示，一种偏振编码标定系统可以包括：偏振控制器、保偏环形器pmcir、偏振分束器pbs、相位调制器pm、第一保偏分束器2x2pmbs、第二保偏分束器1x2pmbs、第一光路、第二光路、第三光路、第四光路、光电探测器pin；偏振控制器实现任意偏振态输入得到任意偏振态输出，偏振分束器pbs实现偏振分光功能，相位调制器pm实现对光脉冲相位调制功能，光电探测器pin用来将光信号光强转变为电信号输出实现光强探测功能。保偏环形器pmcir串联于偏振控制器与偏振分束器pbs之间，具体地，保偏环形器pmcir包括第一端口port1、第二端口port2、第三端口port3，偏振控制器连接于第一端口port1，偏振分束器pbs连接于第二端口port2。对于保偏环形器pmcir，从第一端口port1输入的光信号只能传输进第二端口port2，从第二端口port2输入的光信号只能传输进第三端口port3。偏振分束器pbs包括一个输入端与两个输出端，其中，偏振分束器pbs的两个输出端分别连接于第一光路与第二光路，第一保偏分束器2x2pmbs包括两个输入端与两个输出端，其中，第一保偏分束器2x2pmbs的两个输入端分别连接于第一光路与第二光路，即第一光路与第二光路位于偏振分束器pbs与第一保偏分束器2x2pmbs之间。相位调制器pm设置于第一光路与第二光路中的任意一条光路中，既可以设置于第一光路中也可以设置于第二光路中。保偏环形器pmcir、偏振分束器pbs以及第一光路、第二光路组合可形成萨格纳克环形光路。第一保偏分束器2x2pmbs的两个输出端分别连接于第三光路与第四光路，第二保偏分束器1x2pmbs包括两个输入端与一个输出端，其中，第二保偏分束器1x2pmbs的两个输入端分别连接于第三光路与第四光路，即第三光路与第四光路位于第一保偏分束器2x2pmbs与第二保偏分束器1x2pmbs之间。光电探测器pin连接于第二保偏分束器1x2pmbs的输出端。
20.本技术中，第一保偏分束器2x2pmbs含有两个输入端与两个输出端，第一保偏分束器2x2pmbs的分光比为50:50，第二保偏分束器1x2pmbs含有两个输入端与一个输出端，第二保偏分束器1x2pmbs的分光比为50:50。此外，本技术中的偏振控制器可以为三环控制器、挤压型偏振控制器等能实现偏振态控制功能的光学器件。
21.本技术中的第三光路特指经过第一光路的光脉冲经第一保偏分束器2x2pmbs分束后形成的子光脉冲经过并且位于第一保偏分束器2x2pmbs与第二保偏分束器1x2pmbs之间的那一个光路；本技术中的第四光路特指经过第二光路的光脉冲经第一保偏分束器2x2pmbs分束后形成的子光脉冲经过并且位于第一保偏分束器2x2pmbs与第二保偏分束器1x2pmbs之间的那一个光路。在本技术中，第一光路与第三光路的总长度等于第二光路与第四光路的总长度，使得经过第三光路与第四光路的子光脉冲能在第二保偏分束器1x2pmbs处叠加干涉。
22.本技术中，偏振控制器用于将光源发出的光脉冲的偏振态转变为与偏振分束器pbs晶体水平成45度的偏振态，即从光源发出的光脉冲经过偏振控制器，其偏振态方向变为与偏振分束器pbs水平方向呈现45度方向的偏振态，然后经过偏振分束器pbs分为强度相等
且偏振方向正交的光脉冲λ1与λ2，λ1与λ2分别经过第一光路与第二光路，若λ1经过第一光路则λ2经过第二光路，若λ1经过第二光路则λ2经过第一光路，光脉冲λ1经过第一保偏分束器2x2pmbs分为两束子光脉冲λ11与λ12，光脉冲λ2经过第一保偏分束器2x2pmbs分为两束子光脉冲λ21与λ22，其中，λ11与λ21为继续在萨格纳克环形光路中传播的子光脉冲，λ12与λ22为在第三光路或第四光路中传播的子光脉冲，λ11与λ21经过第一光路或第二光路后在偏振分束器pbs处叠加干涉，λ12与λ22经过第三光路或第四光路后在第二保偏分束器1x2pmbs处干涉。
23.在一种可行的实施例中，λ1经过第一光路，λ2经过第二光路，光脉冲λ1经过第一保偏分束器2x2pmbs分为两束子光脉冲λ11与λ12，其中，λ11经过第二光路，λ12经过第三光路，光脉冲λ2经过第一保偏分束器2x2pmbs分为两束子光脉冲λ21与λ22，其中，λ21经过第一光路，λ22经过第四光路。由于第一光路与第三光路的总长度等于第二光路与第四光路的总长度，λ12与λ22在第二保偏分束器1x2pmbs处发生干涉。
24.本技术中，通过施加与光脉冲相同频率的射频电信号给相位调制器pm，可对两束光脉冲λ1与λ2中的一束进行相位调制，进而得到不同的相位差；当施加一定的射频电信号使得两束光脉冲λ1与λ2的相位差为0时，理论上，λ12与λ22的相位差也应为0，此时λ12与λ22在第二保偏分束器1x2pmbs处干涉相涨，光电探测器pin得到最大光强输出；当施加一定的射频电信号使得两束光脉冲λ1与λ2的相位差为π时，理论上，λ12与λ22的相位差也应为π，此时λ12与λ22在第二保偏分束器1x2pmbs处干涉相消，光电探测器pin得到最小光强输出。
25.通过对相位调制器pm施加一定的且与光脉冲频率相同的射频电信号使得两束光脉冲λ1与λ2的相位差为0，此时，λ12与λ22的相位差也为0，λ12与λ22在第二保偏分束器1x2pmbs处干涉相涨，理论上，光电探测器pin理应得到最大光强输出；倘若此时，对相位调制器pm施加的射频电信号脉冲与待相位调制的光脉冲没有对齐，则不能准确地调节待相位调制光脉冲的相位，进而得到的相位差接近于0但不为0，最终导致光电探测器pin得不到最大光强输出，此时可通过调节施加的射频电信号的延迟量，即逐步延迟施加的射频电信号，观察光电探测器pin探得的光强信号是否增强，倘若光强不能变得更强，则表示对相位调制器pm施加的射频电信号脉冲与待相位调制的光脉冲已经对齐；倘若光强可以变得更强，则表示对相位调制器pm施加的射频电信号脉冲与待相位调制的光脉冲没有对齐，则可以调节射频电信号延迟得到最大光强输出即使得对相位调制器pm施加的射频电信号脉冲与待相位调制的光脉冲对齐，进而实现精确地偏振编码。
26.在一种可行的实施例中，在第一光路与第三光路的总长度等于第二光路与第四光路的总长度的前提下，优选地，可限定，第一光路的长度等于第二光路的长度，且第三光路的长度等于第四光路的长度，其余装置构造与上述实施方式相同。
27.以上结合具体实施方式和范例性实例对本技术进行了详细说明，不过这些说明并不能理解为对本技术的限制。本领域技术人员理解，在不偏离本技术精神和范围的情况下，可以对本技术技术方案及其实施方式进行多种等价替换、修饰或改进，这些均落入本技术的范围内。本技术的保护范围以所附权利要求为准。