[发明专利]一种基于B92协议的逆向调制自由空间QKD系统

权利要求书

1.一种基于B92协议的逆向调制自由空间QKD系统，其特征在于：包括询问端、自由空间信道和逆向调制端；所述询问端和逆向调制端通过自由空间信道进行量子密钥分发；

所述询问端包括信号产生模块和信号测量模块；所述信号产生模块包括脉冲激光器、四分之一波片、第一分束器和第一光学天线；所述脉冲激光器、四分之一波片、第一分束器、第一光学天线依次连接，所述第一分束器与所述信号测量模块连接；

所述逆向调制端包括相互连接的第二光学天线和信号调制模块；

所述第一光学天线与第二光学天线通过自由空间信道连接；

所述脉冲激光器产生一系列的垂直线偏振脉冲信号，经过四分之一波片变成右旋圆偏振信号，信号通过第一分束器分成两束信号，一束为透射信号，一束反射信号；透射信号作为询问信号经过第一光学天线，并通过自有空间信道传输到逆向调制端；

所述逆向调制端通过第二光学天线接收询问端发送的询问信号，经信号调制模块调制后，依次通过第二光学天线和自由空间信道反向传输回询问端；

所述询问端的第一光学天线接收到反射信号后传输到第一分束器，经第一分束器反射后进入信号测量模块进行偏振态测量；

所述信号测量模块包括第一半波片、第二分束器、对角基测量单元和直角基测量单元；所述第一半波片与所述第一分束器和第二分束器连接；所述第二分束器与所述对角基测量单元和直角基测量单元连接；

所述对角基测量单元包括第二半波片、第一偏振分束器、第一单光子探测器和第二单光子探测器；所述第二半波片与所述第一偏振分束器和第二分束器连接；所述第一偏振分束器与第一单光子探测器和第二单光子探测器连接；

所述直角基测量单元包括与第二分束器连接的第二偏振分束器以及与所述第二偏振分束器连接的第三单光子探测器和第四单光子探测器；

所述信号调制模块包括第一强度调制器、第三偏振分束器以及与第三偏振分束器连接的水平分量逆向调制单元和垂直分量逆向调制单元；

所述水平分量逆向调制单元包括依次连接第一正透镜、第二强度调制器和第一反射镜；

所述垂直分量逆向调制单元包括依次连接第二正透镜、第三强度调制器和第二反射镜；所述第一正透镜和第二正透镜与所述第三偏振分束器连接；

所述第一强度调制器为多量子阱调制器。

2.如权利要求1所述的一种基于B92协议的逆向调制自由空间QKD系统，其特征在于：所述四分之一波片的快轴与入射信号的偏振方向成45°角；用琼斯矢量与琼斯矩阵表示即为

其中，是光轴方向为45°的四分之一波片的琼斯矩阵；为垂直线偏振态的琼斯矢量；E′为垂直线偏振信号经过所述四分之一波片后的输出信号，E₀为光场振幅。

3.如权利要求1所述的一种基于B92协议的逆向调制自由空间QKD系统，其特征在于：所述第一分束器为10：90分束器；第一分束器将入射信号分成透射信号和反射信号；所述透射信号强度为入射信号强度的10％，反射信号强度为入射信号强度的90％。

4.如权利要求1所述的一种基于B92协议的逆向调制自由空间QKD系统，其特征在于：所述第一半波片的光轴通过旋转电机调节其方向，可将任意θ和θ+45°线偏振的入射信号分别转换成45°和0°线偏振的输出信号。

5.如权利要求4所述的一种基于B92协议的逆向调制自由空间QKD系统，其特征在于：所述询问端的第一光学天线接收到反射信号后传输到第一分束器，经过第一分束器反射后，进入到第一半波片进行偏振补偿，原非对角基或非直角基的信号，经过偏振补偿后转换对角基或直角基信号；经过偏振补偿后的信号入射到第二分束器，入射到第二分束器的信号有50％的概率透射和50％的概率反射；

当输入第二分束器的信号被反射时，经过第二半波片进行基矢转换后输入到第一偏振分束器，输入信号的水平偏振分量会从第一偏振分束器透射，入射到第一单光子探测器引起响应；输入信号的垂直偏振分量会从第一偏振分束器反射，入射到单光子探测器引起响应；

当入射到第二分束器的信号透射时，会经过偏振分束器，输入的信号的水平偏振分量会从偏振分束器透射，入射到第四单光子探测器引起响应；输入信号的垂直偏振分量会从偏振分束器反射，入射到第三单光子探测器引起响应。