背景技术

基于电磁脉冲的通信和密码学，例如，基于以光学激光脉冲形式的电磁脉冲的通信和密码学，正逐渐引起人们的兴趣。开发用于经典和量子光学通信、并且用于生成具有预设分布的量子随机数的小型高性能光学发射器是有必要的。

许多用于光学通信发射器使用激光和外部电光调制器(如相位或强度调制器)将信息编码到激光光的脉冲上。例如，相干光学通信使用电光调制器在电磁场正交中编码信息，该电磁场正交通过使用相干检波在接收端进行测量。

上述正交，被表示为p和q，对应于光学相位空间中幅度矢量的两个垂直分量(例如，和其中A和分别为光脉冲的幅度和相位)。在远程通信中，上述两个正交也分别称为电磁场的同相和正交分量。

电光调制器通常基于折射率或吸波随外加电场而变化的材料。例如，基于LiNbO₃或半导体波导的调制器被广泛用于发射器，以引起幅度(强度)和相位调制。然而，其受到一些限制，例如：(1)驱动电功耗高，(2)大体积装置限制了发射器的紧凑性，(3)由于工作点的波动而随着时间推移带来的不稳定，以及(4)有限的电光带宽。因此，理想的是制造规避对电光调制器的需要的发射器，以使单元具备高性能、低成本、紧凑性和鲁棒性。

除了经典通信，一些量子通信的方案也依赖于外部电光调制器。另外，在量子通信中，由于系统的低信噪比，上述限制将更加严重，这是弱光远距离传输时的典型特征。在这些情况下，调制器的稳定性和波动会导致非常低的性能。

在所有的量子通信技术中，量子密钥分发(Quantum Key Distribution，QKD)是最成熟的技术之一。QKD允许双方交换密钥，其中密钥的安全性由量子物理的原理进行保证。在标准QKD中，发射端(Alice)向接收端(Bob)发送量子信号。QKD协议可分为两组，离散可变QKD(Discrete Variable Quantum Key Distribution，DV-QKD)和连续可变QKD(Continuous Variable Quantum Key Distribution，CV-QKD)协议。在DV-QKD中，通过赋予单个光子的自由度离散值来编码密钥。例如，BB84 DV-QKD协议使用四种偏振态编码密钥。在CV-QKD中，量子信号对应于具有通过赋予电磁场的正交连续值来编码的密钥信息的弱衰减脉冲(弱相干态)。例如，GG02 CV-QKD协议使用具有根据随机高斯分布调制后的正交的光相干态。

DV-QKD需要昂贵的单光子技术和专用光纤通道，这极大地限制了其在现实场景中的应用。CV-QKD通过使用应用强参考脉冲的相干检波，被称为本机振荡器(LocalOscillator，LO)，去除了对单光子技术的需要来测量光脉冲的正交。CV-QKD相对于DV-QKD的一个优势在于，当量子通道与更高功率的经典通道合作传输时，其安全性受影响降低较少。可以使用为相干光学通信开发的标准组件、与经典通信共享硬件和通道来实现CV-QKD的实施。迄今为止，所有的CV-QKD实施都使用繁琐的外部光电调制器方案来调制光脉冲的相位和幅度。因此需要改进CV-QKD收发器、增加鲁棒性、简化方案、降低成本以及实现更高的比特率。

鉴于上述内容，本发明的目的在于提供一种用于在通信和密码学情景下生成光学脉冲的设备和方法，以使上述问题得到缓解。