[发明专利]提升偏振对比度的偏振调制器、方法及量子密钥分发系统

说明书

本公开提供了一种提升偏振对比度的偏振调制器、方法及量子密钥分发系统，偏振调制器包括至少两级干涉结构，第一级干涉结构的两臂上设置有相位调制器，在第二级干涉结构的臂上设置用于补偿相位调制器功率损失的功率控制器；本公开能够解决因相移器吸收而产生的偏振对比度较差的问题。

技术领域

本公开属于偏振调制技术领域，具体涉及一种提升偏振对比度的偏振调制器、方法及量子密钥分发系统。

背景技术

本部分的陈述仅仅是提供了与本公开相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。

偏振编码的QKD系统是以光子偏振态为信息载体实现密钥分发，光子偏振态制备在QKD系统中至关重要。光子偏振态制备的准确度、偏振消光比直接决定了商用QKD系统长期误码率及安全性。

据发明人了解，目前光子偏振态的制备主要有以下两种方案：

方案一：以中国专利201721907018.5为例进行说明，这种技术方案采用硅光子片上集成技术实现量子密钥发送端光学系统功能。如图1所示，采用两级MZ干涉结构。偏振调制器由两级MZ干涉仪串联构成，用于制备水平(|H)、竖直(|V)、45°(|P)和-45°(|N)偏振态。两级干涉结构中相移器一般采用带宽较高的载流子色散型相移器，需要用动态脉冲电压来驱动。第一级干涉结构中两臂的相位差被调制为0和π时，第二级干涉相位差任意，可分别对应制备出|H、|V偏振态。第一级两臂相位差为π/2前提下，第二级两臂相位差被调制为0和π时，对应制备出|P、|N偏振态。

这种方案实际上是通过控制载流子浓度来改变波导折射率，进而控制了相移大小。但是改变相移的同时也改变了波导对光信号的吸收效率。波导与相移器交叠的范围内载流子浓度越高，波导对光信号的吸收也越高。制备水平偏振态(|H)时需要第一级干涉结构两臂相位差为0，使光信号从第二级干涉结构的上臂发生干涉相长，下臂干涉相消。制备竖直偏振态(|V)需要第一级干涉结构两臂相位差为π，光信号在第二级干涉结构上臂相消下臂相长。但是考虑相移器对光信号的吸收后，相移器对|H态与|V态的吸收不一致，导致不能达到完美的干涉相长或相消状态。最后制备的|H态与|V态的偏振夹角较差。第二级干涉结构在制备±45°(|P、|N)偏振态时也面临同样问题。由于干涉臂分光比是固定的，此方案无法针对此问题做补偿。

方案二：以如专利201721742376.5为例，如图2所示，第一强度调制器用于调制光信号强，用于制备信号态、诱骗态。第二级强度调制器采用直流电压驱动，用于稳定偏振调制器两臂的光强比例。脉冲驱动电压驱动偏振调制器相移器，用于制备±45°(|P、|N)偏振光、左旋圆偏振光(|L)、右旋圆偏振光(|R)。

这种方案的第二级干涉结构亦采用载流子色散型相移器，在制备四种偏振态时亦存在与方案一同样的问题。方案二中调节第二级强度调制器两臂的相移差，目的重新分配了偏振调制器中两臂光强比例。调节过程中可以把其中一对偏振态角度调节到完美，但是另外一对夹角非常差，因此，为了照顾的所有偏振态之间的对比度，通常取折中的方案，调节第二级强度调制器两臂的相移差使得两对夹角一致，但这也意味着两对夹角都有一定的偏差。根本原因就是载流子色散效应的相移器在不同电压下对光信号产生想要的不同相移，但是也会连带产生对光信号功率衰减，因此方案二通过第二级强度调制器重新分配偏振调制器两臂光功率可以做一定程度的弥补。但是补偿结果无法兼顾所有偏振态，往往最终要取一个折中效果，偏振对比度依然较低。

综上，目前的偏振调制方案均存在因相移器吸收而产生的偏振对比度较差的问题。

发明内容

本公开为了解决上述问题，提出了一种提升偏振对比度的偏振调制器、方法及量子密钥分发系统，本公开能够解决因相移器吸收而产生的偏振对比度较差的问题。

根据一些实施例，本公开采用如下技术方案：