一种偏振无关的时分复用共轭零差探测装置的制作方法

本发明涉及光通信，特别涉及一种偏振无关的时分复用共轭零差探测装置。

背景技术：

1、在相干光通信和连续变量量子密钥分发系统中，相干探测扮演了非常重要的角色。通过相干探测同时测量光信号的i分量和q分量，或者x分量和p分量来进行解码，通常称为共轭零差探测。常规的共轭零差探测装置需要两套干涉仪（或一个90°混频器）和两套零差探测器，以及相应的电子学处理模块，具有较高的复杂度和成本。

2、另外，相干光通信和连续变量量子密钥分发系统一般采用单模光纤作为传输信道，但由于光纤信道存在固有双折射效应，使得光子在传输过程中偏振态会发生变化，且会随着外界环境的变化而改变。如果在接收端通过反馈控制进行偏振跟踪与补偿，会增加系统复杂度，耗时耗资源，且误码率偏高。采用偏振分集技术则会使零差探测系统的数量成倍增加，同样增大系统的复杂度。

技术实现思路

1、针对现有技术存在以上缺陷，本发明提出一种偏振无关的时分复用共轭零差探测装置。

2、本发明的技术方案是这样实现的：

3、一种偏振无关的时分复用共轭零差探测装置，包括环形器 cir、第一偏振分束器pbs1、第二偏振分束器 pbs2、第一分束器bs1、第二分束器bs2、路径切换移相模块、第一光电探测器 pd1以及第二光电探测器pd2，

4、第一偏振分束器pbs1的两个输出端口分别连接第一分束器bs1的一个输入端口和第二分束器bs2的一个输入端口；

5、第二偏振分束器pbs2的两个输入端口分别连接第一分束器bs1的另一个输入端口和第二分束器bs2的另一个输入端口；

6、第一分束器bs1的两个输出端口和第二分束器bs2的两个输入端口分别连接，构成不等臂干涉仪，所述路径切换移相模块设置在不等臂干涉仪的短臂上；

7、路径切换移相模块用于通过路径切换使光信号中前后两个子信号的时间差由τ变为-τ；并用于对延时较大的子信号进行移相；

8、环形器cir的其中两个端口分别连接第一偏振分束器pbs1的输入端口、第一光电探测器pd1；

9、第二偏振分束器pbs2的输出端口连接第二光电探测器pd2；

10、第一光电探测器pd1和第二光电探测器pd2分别用于探测所连接端口出射的光信号，并通过减法器产生差分电流信号；

11、所述差分电流信号为时分复用的x分量和p分量的测量结果，使x分量和p分量的测量结果交替出现。

12、优选地，路径选择移相模块包括第一光开关os1、第二光开关os2和第一移相器ps1，第一光开关os1的两个输出端口和第二光开关os2的两个输入端口相连，构成两条时间差为2τ的路径，其中光程较长的路径上设置第一移相器ps1。

13、优选地，路径选择移相模块包括第三偏振分束器pbs3、偏振调制器pm和第二移相器ps2，

14、第三偏振分束器pbs3的一个输出端口与另一个输出端口通过偏振调制器pm和第二移相器ps2相连，构成萨格纳克环；偏振调制器pm用于使前一个子信号两次经过其时偏振旋转90°，使后一个子信号偏振保持不变。

15、优选地，路径选择移相模块包括第三光开关os3和第三移相器ps3，第三光开关os3的一个输出端口和一个输入端口通过第三移相器ps3相连，构成环形路径，光信号在环形路径内传输的时间为2τ。

16、优选地，路径切换移相模块用于将延时不同的子信号之间的相位差调节为π/2。

17、优选地，所述不等臂干涉仪的长臂上还设置有移相器，用于调节长短臂的相位差为π/4；路径切换移相模块用于对延时较大的子信号进行2nπ的相移。

18、优选地，光信号在萨格纳克环内传输的时间为2τ，偏振调制器pm位于萨格纳克环的中间。

19、优选地，所述探测装置内各部件之间连接光纤均为保偏光纤。

20、与现有技术相比，本发明有以下有益效果：

21、本发明提出一种偏振无关的时分复用共轭零差探测装置，通过偏振延时移相模块将具有时间差的本振光和信号光进行不同的时间延迟和移相，可以使本振光和信号光之间的位置交换，实现在相邻两个时刻对两个共轭分量的测量，得到时分复用的共轭零差探测结果。只需要一套干涉仪和一套零差探测器，降低了探测装置的复杂度和成本。另外，可以消除信道的偏振扰动导致偏振态随机变化对系统造成的影响，无需主动偏振补偿模块即可实现偏振无关的相干探测，提高了系统的稳定性。

技术特征：

1.一种偏振无关的时分复用共轭零差探测装置，其特征在于，包括环形器 cir、第一偏振分束器 pbs1、第二偏振分束器 pbs2、第一分束器bs1、第二分束器bs2、路径切换移相模块、第一光电探测器pd1以及第二光电探测器pd2，

2.根据权利要求1所述的偏振无关的时分复用共轭零差探测装置，其特征在于，路径选择移相模块包括第一光开关os1、第二光开关os2和第一移相器 ps1，第一光开关os1的两个输出端口和第二光开关os2的两个输入端口相连，构成两条时间差为2τ的路径，其中光程较长的路径上设置第一移相器ps1。

3.根据权利要求1所述的偏振无关的时分复用共轭零差探测装置，其特征在于，路径选择移相模块包括第三偏振分束器pbs3、偏振调制器pm和第二移相器ps2，

4.根据权利要求1所述的偏振无关的时分复用共轭零差探测装置，其特征在于，路径选择移相模块包括第三光开关os3和第三移相器ps3，第三光开关os3的一个输出端口和一个输入端口通过第三移相器ps3相连，构成环形路径，光信号在环形路径内传输的时间为2τ。

5.根据权利要求1或2或3或4所述的偏振无关的时分复用共轭零差探测装置，其特征在于，路径切换移相模块用于将延时不同的子信号之间的相位差调节为π/2。

6.根据权利要求1或2或3或4所述的偏振无关的时分复用共轭零差探测装置，其特征在于，所述不等臂干涉仪的长臂上还设置有移相器，用于调节长短臂的相位差为π/4；路径切换移相模块用于对延时较大的子信号进行2nπ的相移。

7.根据权利要求3所述的偏振无关的时分复用共轭零差探测装置，其特征在于，光信号在萨格纳克环内传输的时间为2τ，偏振调制器pm位于萨格纳克环的中间。

8.根据权利要求1所述的偏振无关的时分复用共轭零差探测装置，其特征在于，所述探测装置内各部件之间连接光纤均为保偏光纤。

技术总结
本发明属于光通信技术领域，公开了一种偏振无关的时分复用共轭零差探测装置，包括环形器、第一偏振分束器、第二偏振分束器、第一分束器、第二分束器、路径切换移相模块、第一光电探测器以及第二光电探测器，路径切换移相模块用于通过路径切换使光信号中前后两个子信号的时间差由τ变为‑τ；并用于对延时较大的子信号进行移相。与现有技术相比，本发明通过偏振延时移相模块将具有时间差的本振光和信号光进行不同的时间延迟和移相，实现在相邻两个时刻对两个共轭分量的测量，得到时分复用的共轭零差探测结果；可以消除信道的偏振扰动导致偏振态随机变化对系统造成的影响，无需主动偏振补偿模块即可实现偏振无关的相干探测，提高了系统的稳定性。

技术研发人员：赵义博,丁瑶,陈东升
受保护的技术使用者：北京中科国光量子科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/2/29