一种偏振自补偿共轭零差探测装置的制作方法

本发明涉及光通信，特别涉及一种偏振自补偿共轭零差探测装置。

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自补偿共轭零差探测装置。

2、本发明的技术方案是这样实现的：

3、一种偏振自补偿共轭零差探测装置，包括环形器cir、第一分束器bs1、光路选择模块、偏振自补偿反射模组、移相器ps、第一光电探测器pd1以及第二光电探测器pd2，

4、环形器cir的端口1作为探测装置的输入端口，环形器cir的端口3连接第一光电探测器pd1；

5、第一分束器bs1的两个输入端口分别连接环形器cir的端口2和第二光电探测器pd2；

6、第一分束器bs1的一个输出端口通过光纤路径l1连接偏振自补偿反射模组的端口1；

7、第一分束器bs1的另一个输出端口通过光纤路径l2连接光路选择模块的输入端口；

8、光路选择模块的两个输出端口分别通过光纤路径l3和光纤路径l4连接偏振自补偿反射模组的端口2和端口3；

9、光路选择模块用于使光信号中前一个子信号到达时选择较长的光纤路径l4，使后一个子信号到达时选择较短的光纤路径l3，以使二者的时间差由τ变为-τ；

10、移相器ps设置在光纤路径l4上，用于对延时较大的子信号进行移相；

11、偏振自补偿反射模组用于将入射至其每个端口的光信号仍从该端口反射，并自动补偿光信号经过连接相应端口光纤时经历的偏振变化；

12、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；

13、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。

14、优选地，偏振自补偿反射模组包括第一法拉第镜fm1、第二法拉第镜fm2、第三法拉第镜fm3，

15、三个法拉第镜的输入端口分别作为偏振自补偿反射模组的端口1、端口2和端口3；

16、所述探测装置内的光纤均为单模光纤。

17、优选地，偏振自补偿反射模组包括第一偏振分束器pbs1、第二偏振分束器pbs2、第一法拉第旋转器fr1以及第二法拉第旋转器fr2，

18、第一偏振分束器pbs1的两个输入端口分别作为偏振自补偿反射模组的端口1和端口2，两个输出端口通过第一法拉第旋转器fr1相连，构成第一萨格纳克环；

19、第二偏振分束器pbs2的输入端口作为偏振自补偿反射模组的端口3，两个输出端口通过第二法拉第旋转器fr2相连，构成第二萨格纳克环，

20、第一萨格纳克环和第二萨格纳克环内为保偏光纤，所述探测装置内的其余光纤均为单模光纤。

21、优选地，偏振自补偿反射模组包括四分之一波片反射镜qm和第三偏振分束器pbs3，

22、四分之一波片反射镜qm的输入端口分别作为偏振自补偿反射模组的端口1；

23、第三偏振分束器pbs3的两个输入端口分别作为偏振自补偿反射模组的端口2和端口3；

24、第三偏振分束器pbs3的两个输出端口相连构成的第三萨格纳克环；

25、所述探测装置内的光纤均为保偏光纤。

26、优选地，移相器ps用于将延时不同的子信号之间的相位差调节为π/2。

27、优选地， 光纤路径l4与光纤路径l3的长度差对应的时间差为τ。

28、优选地，光路选择模块为光开关os。

29、优选地，光路选择模块为第二分束器bs2。

30、优选地，在光纤路径l1上还设置有衰减器att，用于使光信号在光纤路径l1所在臂和光纤路径l2所在臂传输时具有相同的衰减。

31、与现有技术相比，本发明有以下有益效果：

32、本发明提出一种偏振自补偿共轭零差探测装置，通过光路选择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，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，通过偏振自补偿反射模组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：

1.一种偏振自补偿共轭零差探测装置，其特征在于，包括环形器cir、第一分束器bs1、光路选择模块、偏振自补偿反射模组、移相器ps、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所述的偏振自补偿共轭零差探测装置，其特征在于，偏振自补偿反射模组包括第一法拉第镜fm1、第二法拉第镜fm2、第三法拉第镜fm3，

3.根据权利要求1所述的偏振自补偿共轭零差探测装置，其特征在于，偏振自补偿反射模组包括第一偏振分束器pbs1、第二偏振分束器pbs2、第一法拉第旋转器fr1以及第二法拉第旋转器fr2，

4.根据权利要求1所述的偏振自补偿共轭零差探测装置，其特征在于，偏振自补偿反射模组包括四分之一波片反射镜qm和第三偏振分束器pbs3，

5.根据权利要求1或2或3或4所述的偏振自补偿共轭零差探测装置，其特征在于，移相器ps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所述的偏振自补偿共轭零差探测装置，其特征在于，光纤路径l4与光纤路径l3的长度差对应的时间差为τ。

7.根据权利要求1或2或3或4所述的偏振自补偿共轭零差探测装置，其特征在于，光路选择模块为光开关os。

8.根据权利要求1或2或3或4所述的偏振自补偿共轭零差探测装置，其特征在于，光路选择模块为第二分束器bs2。

9.根据权利要求8所述的偏振自补偿共轭零差探测装置，其特征在于，在光纤路径l1上还设置有衰减器att，用于使光信号在光纤路径l1所在臂和光纤路径l2所在臂传输时具有相同的衰减。

技术总结
本发明属于光通信技术领域，公开了一种偏振自补偿共轭零差探测装置，包括环形器、第一分束器、光路选择模块、偏振自补偿反射模组、移相器以及两路光电探测器，光路选择模块用于使光信号中前一个子信号到达时选择较长的光纤路径，使后一个子信号到达时选择较短的光纤路径，以使二者的时间差由τ变为‑τ，偏振自补偿反射模组用于将入射至其每个端口的光信号仍从该端口反射，并自动补偿光信号的偏振变化。与现有技术相比，本发明实现了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；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