[實用新型]一種用于時間比特?相位編碼的解碼裝置

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201720574670.3
• 申請日: 2017-05-22
• 公開（公告）號: CN206790495U
• 公開（公告）日: 2017-12-22
• 發(fā)明（設計）人: 陳騰云;方嘯天;潘建偉
• 申請（專利權）人: 中國科學技術大學
• 主分類號: H04B10/508
• 分類號: H04B10/508;H04B10/556;H04B10/61;H04B10/69
• 代理公司: 北京集佳知識產權代理有限公司11227
• 代理人: 王寶筠

技術領域

本實用新型涉及量子通信技術領域，具體涉及一種用于時間比特-相位編碼的解碼裝置。

背景技術

量子保密通信作為當代通信技術領域的前沿，其發(fā)展日新月異，相對于傳統(tǒng)的通信技術而言，從原理上保證了通信的絕對安全性，這是傳統(tǒng)通信技術不能望其項背的。量子保密通信領域中，應用最廣泛、發(fā)展最成熟的就是量子密鑰分發(fā)方向。量子密鑰分發(fā)利用了量子力學中的量子不可復制等基本原理，使用“一次一密”的方式對信息加密，非常適用于對保密性要求較高的國防單位、政府機關、科研單位、金融機構等。

目前量子密鑰分發(fā)的編碼方案中，較為常見的是偏振編碼和相位編碼方案。偏振編碼方案作為1984年最早提出的編碼方案，有著接收端插損低、成本低且結構簡單的優(yōu)點，所以目前為主要的編碼方式，而其劣勢為偏振系統(tǒng)容易受到光纖偏振擾動的影響，直接影響其誤碼率，特別是架空光纜環(huán)境下需要頻繁啟動偏振反饋或者需要快偏模塊控制誤碼率到正常水平才能成碼。而這些因素也造成了時間上的浪費以致成碼率降低或者不穩(wěn)定。

相比于偏振編碼，相位編碼的應用場景比較適合偏振變化比較劇烈的情形，相位編碼方案通過不等臂干涉儀制備光脈沖，利用前后光脈沖的相位差作為信息載體，而光纖的偏振變化對相位差的影響較小，因此偏振變化不會造成誤碼率上升，而最多使得接收計數(shù)率下降。這在遠距離傳輸或有強烈外界干擾的環(huán)境中將顯示出較大的優(yōu)勢。然而其劣勢為傳統(tǒng)相位系統(tǒng)的接收端插損很大，比偏振編碼系統(tǒng)的接收端增加至少3dB。而且在偏振變化比較劇烈的情況下，接收損耗進一步增加3dB，導致成碼率以及最遠成碼距離低于偏振系統(tǒng)，不一定能很好地應用于長距離架空光纜環(huán)境。

在此前提下，人們提出了時間比特-相位編碼的方案。其發(fā)送端和接收端的編碼和解碼設計所針對的2組基矢為時間基矢和相位基矢，也即為：Z基矢(本征態(tài)為|t₀〉、|t₁〉)，和X(或Y)基矢(本征態(tài)為(或))。這里，|t₀>、|t₁>表示2個不同的時間模式，也即從時間軸上觀察兩者是完全不重疊的模式。圖1示出了時間比特-相位編碼中的X基矢和Z基矢。

圖2示出了現(xiàn)有技術的一種基于時間比特-相位編碼方式的解碼端結構，其中，針對Z基矢的解碼是與偏振無關的，而在X基矢解碼方面，則是利用平面光路技術(PLC)在硅基板上由圖案結構形成的光波導來制作非對稱馬赫曾德爾(MZ)干涉系統(tǒng)來執(zhí)行。如圖2所示，編碼端產生的光脈沖信號經傳輸?shù)竭_解碼端后，首先經過一個分束器并且可以在其作用下進入Z基矢解碼部分或者進入X基矢解碼部分。在Z基矢解碼部分中，基于時間位置的不同來實現(xiàn)對Z基矢的解碼；在X基矢解碼部分中，通過由PLC技術形成的非對稱馬赫曾德爾干涉系統(tǒng)來對對X基矢進行解碼。在這種X基矢解碼部分中，要達到偏振無關的效果需要非常復雜的控制過程，例如需要對諸如溫度等參數(shù)進行高精度的控制。在圖2所示的解碼端結構中，也可以簡單地利用光纖器件來實現(xiàn)X基矢解碼部分，此時所形成的該部分結構可以等效為MZ干涉儀，而這種光纖MZ干涉儀是與偏振相關的，需要偏振反饋。另外，這種X基矢解碼部分中，干涉結果中存在非干涉部分，且非干涉部分所占比例為50％，這就導致這種X基矢解碼部分中存在固有的3dB解碼損耗。

圖3示出了另一種現(xiàn)有技術的基于時間比特-相位編碼方式的解碼端結構，其用于接收先后兩個不同偏振態(tài)(水平和垂直偏振態(tài))的信號光脈沖。在該解碼端結構中，兩個不同偏振態(tài)的信號光脈沖先后到達偏振分束器22并根據(jù)偏振態(tài)的不同分成兩路具有不同偏振態(tài)的光，例如：垂直偏振光被反射由端口22C輸出，經過延時線24延時后再經法拉第旋轉鏡25轉變?yōu)樗狡窆獠⒀卦饴贩祷刂疗穹质鳎浲干溆啥丝?2B輸出；水平偏振光被投射經端口22D輸出，經過法拉第旋轉鏡26轉變?yōu)榇怪逼窆獠⒀卦饴贩祷刂疗穹质?，經反射后同樣由端?2B輸出。其中，通過延時線24的設置使得兩路具有不同偏振態(tài)的光由端口22B輸出后在時間上形成一致，再由λ/2波片調整偏振方向并在偏振分束器27處發(fā)生干涉，最后由光電探測器13和14進行測量干涉結果，從而完成X基矢的解碼。在這種解碼端結構中，可以避免非干涉部分造成的損耗，但是帶來的問題是需要對這種相位系統(tǒng)的偏振進行反饋，而在惡劣環(huán)境下(如架空光纜、高鐵線路)很難進行偏振反饋時，同樣會有非干涉部分造成損耗。另外，不同環(huán)境下傳輸信道對不同偏振態(tài)的相位變化也不一致，相位態(tài)的2個脈沖之間的相位受環(huán)境影響，導致對相位反饋的速度要求很高，或者在變化惡劣環(huán)境下根本來不及相位反饋，從而讓相位態(tài)誤碼率嚴重惡化。