具体实施方式

下面将结合本发明实施例中附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。

通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在下文中，可在本发明的各种实施例中使用的术语“包括”、“具有”及其同源词仅意在表示特定特征、数字、步骤、操作、元件、组件或前述项的组合，并且不应被理解为首先排除一个或更多个其它特征、数字、步骤、操作、元件、组件或前述项的组合的存在或增加一个或更多个特征、数字、步骤、操作、元件、组件或前述项的组合的可能性。

此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

除非另有限定，否则在这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本发明的各种实施例所属领域普通技术人员通常理解的含义相同的含义。术语(诸如在一般使用的词典中限定的术语)将被解释为具有与在相关技术领域中的语境含义相同的含义并且将不被解释为具有理想化的含义或过于正式的含义，除非在本发明的各种实施例中被清楚地限定。

实施例1

请参照图1，本实施例提供一种波分复用偏振补偿系统的发送装置10，包括参考光发送模块110、信号光发送模块120及波分复用模块130。

在一种实施方式中，如图2所示，参考光发送模块110包括依次连接的激光器LD、强度调制器IM、偏振编码器101及衰减器ATT；激光器LD用于产生连续偏振光，强度调制器IM用于将连续偏振光进行幅度调制后，得到窄脉冲偏振光；偏振编码器101用于对窄脉冲水平偏振光进行处理后输出一组波长相同的窄脉冲共轭偏振光；衰减器ATT用于将窄脉冲共轭偏振光衰减至单光子量级，得到一组弱光窄脉冲共轭偏振光作为参考光信号。信号光发送模块120用于发送信号光信号；波分复用模块130用于将参考光信号与所述信号光信号进行波分复用，得到波分复用光信号。上述波分复用光信号可通过光纤信道输出到波分复用偏振补偿系统的接收装置，通常地，光纤信道可以是km级别的盘纤。

由于实验环境的影响，制备共轭态参考光时可能会出现轻微偏移，影响到接收装置的偏振补偿操作，为了更精确地调节参考光的共轭态，示范性地，上述偏振编码器101包括发送端分束器BS1、光延时器ODL、发送端手动偏振控制器PC11、发送端法拉第旋转器FR1及耦合器BS2。示范性地，光信号在进入发送端法拉第旋转器FR1之前先通过发送端手动偏振控制器PC11，可以更精确的调节参考光的共轭态，使接收装置中的探测器接收的数值更稳定。可选地，上述发送端手动偏振控制器PC11与发送端法拉第旋转器FR1之间可以通过一个固定衰减头连接。

其中，发送端分束器BS1的第一端与强度调制器IM的输出端连接，发送端分束器BS1的第二端与发送端手动偏振控制器PC11的输入端连接，发送端分束器BS1的第三端与光延时器ODL的输入端连接。发送端手动偏振控制器PC11的输出端经过发送端法拉第旋转器FR1与耦合器BS2的第一端连接，耦合器BS2的第二端与光延时器ODL的输出端连接，耦合器BS2的第三端与衰减器ATT连接。

上述窄脉冲偏振光通过发送端分束器BS1分为发送端的第一参考光和第二参考光：第一参考光经发送端手动偏振控制器PC11调整偏振态后，通过发送端法拉第旋转器FR1将第一参考光的偏振态旋转45°，再进入耦合器BS2；第二参考光经光延时器ODL后进入耦合器BS2；第一参考光和第二参考光通过耦合器BS2输出一组波长相同的窄脉冲共轭偏振光。可选地，第一参考光的偏振态为45°，光延时器ODL对第二参考光即0°偏振光进行了延时，第一参考光和第二参考光为时域上有区分的共轭态(45°、0°)，其中45°偏振光在前0°偏振光在后。可选地，第二参考光也可以是通过固定偏振光纤进行延时。

在一种实施方式中，该波分复用偏振补偿系统的发送装置10包括与上述强度调制器IM连接的脉冲信号发生器SS，用于控制上述强度调制器IM对激光器LD输出的连续偏振光信号进行幅度调制，以得到窄脉冲偏振光信号。

本实施例采用一组波长相同的共轭态参考光，避免了不同波长参考光在光纤信道中受到偏振态变化影响不同的问题，采用一组全新的输出方法即使用手动偏振控制器、法拉第旋转器和光延时器ODL来制备共轭态，采用弱光窄脉冲调制方式降低参考光能量值，减小了参考光散射噪声对信号光探测产生的影响。

实施例2

请参照图2，本发明提供一种波分复用偏振补偿系统的接收装置20，包括解波分复用模块210、参考光接收模块220、信号光接收模块230及控制模块。

在一种实施方式中，解波分复用模块210用于对来自波分复用偏振补偿系统的发送装置10的波分复用光信号进行解波分复用，获得参考光信号和信号光信号。

参考光接收模块220包括接收端分束器BS3、第一接收模块221和第二接收模块222；接收端分束器BS3用于将参考光分为接收端的第一参考光和第二参考光；第一接收模块221和第二接收模块222分别用于对第一、第二参考光进行探测计数，并将探测结果输出至控制模块。

信号光接收模块230用于接收信号光信号；控制模块用于根据探测结果对参考光信号进行偏振补偿操作。

其中，如图2所示，第一接收模块221包括接收端第一手动偏振控制器PC21、接收端法拉第旋转器FR2、第一偏振分束器PBS1、第一单光子探测器SPD1；第二接收模块222包括接收端第二手动偏振控制器PC22、第二偏振分束器PBS2、第二单光子探测器SPD2；第一偏振分束器PBS1和第二偏振分束器PBS2均包括第一端口、第二端口、第三端口、第四端口。

接收端分束器BS3的第一端用于接收解波分复用模块210输出的参考光信号，接收端分束器BS3的第二端与接收端第一手动偏振控制器PC21的输入端连接，接收端分束器BS3的第三端与接收端第二手动偏振控制器PC22的输入端连接；接收端第一手动偏振控制器PC21的输出端经过接收端法拉第旋转器FR2与第一偏振分束器的第二端口a12连接，第一偏振分束器的第四端口a14与第一单光子探测器SPD1连接；接收端第二手动偏振控制器PC22的输出端与第二偏振分束器的第一端口a21连接，接收端第二偏振分束器的第三端口a23与第二单光子探测器SPD2连接。

示范性地，第一参考光通过接收端第一手动偏振控制器PC21及接收端法拉第旋转器FR2，将第一参考光的偏振态旋转45°后，进入第一偏振分束器的第二端口a12，第一单光子探测器SPD1用于对第一偏振分束器的第四端口a14输出的光信号进行选取并探测计数，获得第一探测结果。第二参考光通过接收端第二手动偏振控制器PC22后，进入第二偏振分束器的第一端口a21，第二单光子探测器SPD2用于对第二偏振分束器的第三端口a23输出的光信号进行选取并探测计数，获得第二探测结果。控制模块用于根据第一探测结果和第二探测结果对参考光信号进行偏振补偿操作。

例如，光信号在通过接收端分束器BS3后，上下路均为时域上有区分的共轭态参考光(45°、0°)，45°偏振光在前0°偏振光在后，接收端的第一参考光通过法拉第旋转器将偏振态旋转了45°，接收端的第一参考光偏振态为(90°、45°)，接收端的第二参考光偏振态为(45°、0°)。第一参考光进入第一偏振分束器的第二端口a12，90°偏振光会透射从第一偏振分束器的第四端口a14输出，45°偏振光会以1:1的比例分别从第一偏振分束器PBS1的第三、第四端口输出，第一单光子探测器SPD1在第一偏振分束器的第四端口a14会在一个周期内扫到两个峰值，靠前的峰代表光子数较大即90°偏振光的光子数，靠后的峰值是45°偏振光的光子数，可以设置探测器选取90°峰值信号输出给FPGA，可以获得接收装置中90°偏振光光子数信号作为第一检测结果，即可以获得从发送装置发送的45°偏振光的光子数信号。同理，第二单光子探测器SPD2从第二偏振分束器的第三端口a23可以在一个周期内扫到两个峰值，靠前的峰代表45°偏振光的光子数，靠后的峰值即0°偏振光的光子数，可以设置探测器选取0°偏振光峰值信号即第二探测结果输出给FPGA。

可选地，第一偏振分束器PBS1及第二偏振分束器PBS2为同类型的2*2偏振分束器。其中，第一偏振分束器的第二端口a12用于输入快轴对准偏振光，第一偏振分束器的第四端口a14用于输出快轴对准偏振光；第二偏振分束器的第一端口a21用于输入慢轴对准偏振光，第二偏振分束器的第三端口a23用于输出慢轴对准偏振光。

如图2所示，可选地，波分复用偏振补偿系统的接收装置20还包括电动偏振控制器EPC，控制模块包括可编程门阵列模块FPGA。

其中，电动偏振控制器EPC的光输入端用于接收波分复用光信号，电动偏振控制器EPC的电信号输入端与可编程门阵列模块FPGA连接；可编程门阵列模块FPGA分别与第一单光子探测器SPD1、第二单光子探测器SPD2的数据输出端连接。示范性地，单光子探测器为门控模式，可以实现延时扫描并对不同时间段内接收到量子光信号进行计数，单光子探测器可以将计数值实时传输至可编程门阵列模，由FPGA内部程序进行判断并控制电动偏振控制器EPC进行补偿操作。

可编程门阵列模块FPGA根据第一单光子探测器SPD1和第二单光子探测器SPD2输出的探测结果，控制电动偏振控制器EPC对上述波分复用光信号进行偏振补偿操作。

示范性地，偏振补偿操作包括以下步骤：

步骤S1：第一、第二单光子探测器均选择要探测的光子数信号发送至可编程门阵列模块FPGA中，可编程门阵列模块FPGA选择累计计数周期的所述目标光子数信号得到当前光子数信号进行运算。

步骤S2：该运算包括，当选择一组参考光的上述当前光子数信号进行运算时，可编程门阵列模块FPGA将该当前光子数信号与正确接收所选参考光的偏振态时测试得到光子数的中间值作差得到差值，可编程门阵列模块FPGA的数据控制位对应的二进制数中间值与该差值作和或差，得到该当前光子数信号对应的二进制数值；将该当前光子数信号对应的二进制数值与该中间值对应的二进制数值作差，得到距离值；

通常地，FPGA可以利用锁相环借助内部50M时钟提供以1ms为周期光子计数时钟进行偏振探测，可以理解，FPGA可以根据接收到单光子探测器传送来的累计1ms时间长度的光子数进行后续的程序运算。示范性地，上述第一预设阈值可以是正确接收该偏振态时测试得到光子数的中间值，第二预设阈值可以是正确接收该偏振态时测试得到光子数的中间值对应的二进制数值。例如，两路光探测分别累计1ms的光子数后，可以将对应的光子数与正确接收该偏振态时测试得到光子数的中间值分别作差，可选地，FPGA可以包含12位数据控制位，可以根据其对应的二进制数中间值得到当前两路光子数对应的二进制数值。

步骤S3：对两组参考光的上述当前光子数信号分别进行上述运算，得到第一距离值和第二距离值；将上述第一距离值和上述第二距离值之和作为总距离值，比较上述总距离值与误码率阈值，若上述总距离值小于误码率阈值则无需补偿操作，若上述总距离值大于误码率阈值则控制上述电动偏振控制器EPC进行偏振补偿。

步骤S4：所述电动偏振控制器EPC具有可控电压V1、V2、V3、V4，其中V1、V3和V2、V4分别控制某偏振光绕邦加球上两条相互垂直的轴之一进行旋转以得到所需的偏振态光信号，对选择的一组参考光进行补偿时，所述可编程门阵列模块FPGA通过选择一个轴对应的两个电压进行控制，根据计算所选择的一组参考光对应的距离值设置抖动值，在不同轴上尝试抖动。

步骤S5：判断补偿后的总距离值是否达到误码率阈值范围，若未达到所述误码率阈值范围，计算计算所选择的一组参考光对应的补偿后的距离值，比较所述补偿后的距离与补偿前的距离值的大小，若所述所述补偿后的距离值更大，则更换步骤S4中所述轴重新进行补偿，直至补偿后的总距离值达到所述误码率阈值范围。

步骤S6：重复S1-S5的步骤，直至所述波分复用光信号中的信号光和参考光的偏振态达到所述误码率阈值范围。

可以理解，通过电动偏振控制器EPC控制一次抖动后不一定能将偏振态补偿到所需的误码率范围内，示范性地，当进行一次抖动后，若补偿后的偏振态离预设阈值更远，则需要更换电动偏振控制器EPC控制的轴再进行偏振补偿操作。通常地，参考光和信号光采用不同波长，当波长相差不大例如0.8nm时，可以根据单光子探测器的探测结果控制电动偏振控制器EPC对信道输出的中的参考光和信号光进行偏振补偿。

需要注意的是，本发明中FPGA内部控制程序设置的偏振控制时间应小于偏振变化时间，若大于偏振变化时间，系统将持续进行补偿控制导致无法成码。

可选地，上述第一单光子探测器SPD1和第二单光子探测器SPD2可以与波分复用偏振补偿系统的发送装置10中的脉冲信号发生器SS连接，脉冲信号发生器SS可以用于为第一、第二单光子探测器提供时钟频率。可以理解，脉冲信号发生器SS提供一种频率的脉冲信号给强度调制器IM制备一定频率的脉冲光，同时又提供给单光子探测器一个时钟频率，当发送装置和接收装置保持时钟同源时，单光子探测器在进行延时扫描定位时能够在一个周期里接收和选取不同偏振态的光信号。

例如，如图3所示，信号发生器SS可以连接该波分复用偏振补偿系统的发送装置中的强度调制器IM，为强度调制器IM发送250M的脉冲信号，用于将激光器LD的连续光调制为250M的脉冲光，该信号发生器SS同时给为第一、第二单光子探测器发送10M信号，该单光子探测器的探测频率是1.25GHZ。可选地，信号发生器SS与单光子探测器之间可以用电缆线进行连接。在另一种实施方式中，可以理解，由于实际应用中电缆线传送距离很近，优选地，信号发生器SS可以通过光缆线经两个光电转换器与单光子探测器连接，其中，信号发生器SS发送给单光子探测器的信号先利用第一光电转换器PT1转换成光信号，通过光纤传输信号，再通过第二光电转换器PT2将光信号转换成电信号并发送给探测器。

本实施例通过解波分复用模块210、参考光接收模块220、信号光接收模块230及控制模块，以及通过电动偏振控制器EPC对一组波长相同的共轭态参考光进行偏振态补偿，避免了不同波长参考光在光纤信道中受到偏振态变化影响不同的问题，可保持高补偿速率，实现偏振态的实时监控和补偿，从而可以降低系统误码率实现系统的稳定工作。

请参照图3，本发明提供一种波分复用偏振补偿系统1，包括根据前述实施方式所述的发送装置和接收装置。

本发明还提供一种量子密钥分发系统，包括根据前述实施方式所述的波分复用偏振补偿系统1。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的装置和方法，也可以通过其它的方式实现。以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，附图中的流程图和结构图显示了根据本发明的多个实施例的装置、方法和计算机程序产品的可能实现的体系架构、功能和操作。在这点上，流程图或框图中的每个方框可以代表一个模块、程序段或代码的一部分，模块、程序段或代码的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。也应当注意，在作为替换的实现方式中，方框中所标注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生。例如，两个连续的方框实际上可以基本并行地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这依所涉及的功能而定。也要注意的是，结构图和/或流程图中的每个方框、以及结构图和/或流程图中的方框的组合，可以用执行规定的功能或动作的专用的基于硬件的系统来实现，或者可以用专用硬件与计算机指令的组合来实现。

另外，在本发明各个实施例中的各功能模块或单元可以集成在一起形成一个独立的部分，也可以是各个模块单独存在，也可以两个或更多个模块集成形成一个独立的部分。

功能如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是智能手机、个人计算机、服务器、或者网络设备等)执行本发明各个实施例方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

以上，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。