相位编码方法、相位编码装置和量子密钥分发系统

摘要

一种相位编码方法、装置和量子密钥分发系统，该相位编码方法包括：分别从分束器的第一输入端口和第二输入端口中的任一个随机接收入射的第一路输入光脉冲或第二路输入光脉冲；将第一路输入光脉冲或第二路输入光脉冲各自分束为两路传输子光脉冲；在两路传输子光脉冲相对延时后将其合束为一路输出光脉冲，所述一路输出光脉冲为前后相邻的一对输出子光脉冲；使用相位调制器对两路传输子光脉冲中的至少一路传输子光脉冲或者对一对输出子光脉冲中的至少一个输出子光脉冲随机进行两种相位调制中的一种相位调制。该方法能够使用两种相位调制实现对输出光脉冲的四种相位编码，降低了相位调制器驱动电路输出电压要求，易于实现高速相位调制。

说明书

技术领域

本发明涉及光传输保密通信技术领域，具体涉及使用两种相位调制的相位编码方法、相位编码装置和量子密钥分发系统。

背景技术

量子保密通信技术是量子物理与信息科学相结合的前沿热点领域。基于量子密钥分发技术和一次一密密码原理，量子保密通信可在公开信道实现信息的安全传输。量子密钥分发基于量子力学海森堡不确定关系、量子不可克隆定理等物理原理，能够在用户之间安全地共享密钥，并可以检测到潜在的窃听行为，可应用于国防、政务、金融、电力等高安全需求的领域。

目前，量子密钥分发的编码方案主要采用偏振编码和相位编码。相比偏振编码，相位编码采用前后光脉冲的相位差来编码信息，在长距离光纤信道传输过程中能够稳定保持。实际的量子密钥分发系统主要采用BB84协议或者演变的BB84协议，相位编码需要随机产生四种不同相位(如0度、90度、180度和270度)，一般的做法是通过数字模拟转换器(DAC)产生四种不同的电压来驱动电光相位调制器编码出相应的四种相位值，受DAC模拟带宽限制，这种方案难以实现高速的量子密钥分发系统。

发明内容

本发明提供了如下的相位编码方法和装置以及相应的量子密钥分发系统。

一方面，本发明提供了一种相位编码方法，其特征在于，所述方法包括：

分别从分束器的第一输入端口和第二输入端口中的任一个随机接收入射的第一路输入光脉冲或第二路输入光脉冲；

将第一路输入光脉冲或第二路输入光脉冲各自分束为经由第一子光路和第二子光路传输的两路传输子光脉冲；

在所述两路传输子光脉冲相对延时后将所述两路传输子光脉冲合束为一路输出光脉冲，合束输出的所述一路输出光脉冲为前后相邻的一对输出子光脉冲；

在分束后经由第一子光路和第二子光路传输两路传输子光脉冲期间，或者在将所述两路传输子光脉冲合束为前后相邻的一对输出子光脉冲后，使用相位调制器对所述两路传输子光脉冲中的至少一路传输子光脉冲或者对所述前后相邻的一对输出子光脉冲中的至少一个输出子光脉冲随机进行两种相位调制中的一种相位调制，所述两种相位调制所调制的相位相差九十度。

有利地，在上述的相位编码方法中，通过随机地在分束器两个输入端口之一入射光脉冲，再通过两种相位调制方式能够最终达到四种相位编码，而相位调制器只需调制四分之一波电压输出，因此能够降低相位调制器驱动电路的输出电压，并且能够解决相位编码量子密钥分发系统中实现更快的信号边沿的相位调制电压的难题。

优选的，所述使用相位调制器对所述两路传输子光脉冲中的至少一路传输子光脉冲或者对所述前后相邻的一对输出子光脉冲中的至少一个输出子光脉冲随机进行两种相位调制中的一种相位调制包括：

对至少一路传输子光脉冲或者对至少一个输出子光脉冲随机进行0度或90度相位调制。

优选的，所述分束器的第一输入端口和第二输入端口分别连接至第一激光器和第二激光器，所述分束器在任一时间通过第一输入端口或第二输入端口随机地接收所述第一激光器和第二激光器中的任一个产生的光脉冲。

优选的，当所述相位调制器使用0度相位调制时，所述第一输入端口和第二输入端口中的第一输入端口接收的一路输入光脉冲在合束后输出的前后相邻的一对输出子光脉冲为0度相位编码，所述第一输入端口和第二输入端口中的第二输入端口接收的一路输入光脉冲在合束后输出的前后相邻的一对输出子光脉冲为180度相位编码；和/或

当所述相位调制器使用90度相位调制时，所述第一输入端口和第二输入端口中的第一输入端口接收的一路输入光脉冲在合束后输出的前后相邻的一对输出子光脉冲为90度相位编码，所述第一输入端口和第二输入端口中的第二输入端口接收的一路输入光脉冲在合束后输出的前后相邻的一对输出子光脉冲为270度相位编码。

优选的，所述方法还包括：控制在分束与合束过程中的光脉冲的偏振态，使所述第一子光路和第二子光路传输的两路传输子光脉冲在合束为前后相邻的一对输出子光脉冲时的偏振态相同。

优选的，所述控制在分束与合束过程中的光脉冲的偏振态，包括：

在分束与合束的过程中采用偏振保持光器件，在分束与合束的过程中使所述两路传输子光脉冲的偏振态保持不变。

另一方面，本发明提供一种相位编码装置，其特征在于，所述装置包括：分束器、合束器和相位调制器，其中，

所述分束器具有第一输入端口和第二输入端口，所述分束器被配置用于分别从所述第一输入端口和第二输入端口中的任一个随机接收入射的第一路输入光脉冲或第二路输入光脉冲，并且将入射的第一路输入光脉冲或第二路输入光脉冲各自分束为经由第一子光路和第二子光路传输的两路传输子光脉冲；

所述合束器被配置用于在所述两路传输子光脉冲相对延时后将所述两路传输子光脉冲合束为经一个输出端口输出的一路输出光脉冲，合束输出的所述一路输出光脉冲为前后相邻的一对输出子光脉冲；

所述相位调制器被设置位于分束器后的所述第一子光路和第二子光路中的至少一个子光路上，或者位于合束器后的与所述输出端口相连的输出光路上，所述相位调制器被配置用于对所述两路传输子光脉冲中的至少一路传输子光脉冲或者对所述前后相邻的一对输出子光脉冲中的至少一个输出子光脉冲随机进行两种相位调制中的一种相位调制，所述两种相位调制所调制的相位相差九十度。

优选的，所述相位调制器被进一步配置用于对至少一路传输子光脉冲或者对至少一个输出子光脉冲随机进行0度或90度相位调制。

优选的，所述相位编码装置还包括第一激光器和第二激光器，所述分束器的第一输入端口和第二输入端口分别连接至所述第一激光器和第二激光器，所述分束器被配置为在任一时间通过第一输入端口或第二输入端口随机地接收所述第一激光器和第二激光器中的任一个产生的光脉冲。

优选的，当所述相位调制器使用0度相位调制时，所述第一输入端口和第二输入端口中的第一输入端口接收的一路输入光脉冲在合束后输出的前后相邻的一对输出子光脉冲为0度相位编码，所述第一输入端口和第二输入端口中的第二输入端口接收的一路输入光脉冲在合束后输出的前后相邻的一对输出子光脉冲为180度相位编码；和/或

当所述相位调制器使用90度相位调制时，所述第一输入端口和第二输入端口中的第一输入端口接收的一路输入光脉冲在合束后输出的前后相邻的一对输出子光脉冲为90度相位编码，所述第一输入端口和第二输入端口中的第二输入端口接收的一路输入光脉冲在合束后输出的前后相邻的一对输出子光脉冲为270度相位编码。

优选的，所述分束器、所述合束器以及在分束与合束相关的光路中的器件为偏振保持光器件。

优选的，所述相位编码装置采用不等臂马赫-曾德尔干涉仪或者不等臂迈克尔逊干涉仪的光路结构。

优选的，在所述相位编码装置采用不等臂迈克尔逊干涉仪的光路结构时，所述分束器和所述合束器为同一器件，所述相位编码装置还包括：光环形器和两个反射镜，其中，

所述光环形器设置位于所述分束器的任一输入光路上；所述光环形器具有至少第一端口、第二端口和第三端口，从所述第一端口输入的光脉冲经由所述光环形器的第二端口输出至所述分束器；从所述分束器输出至所述光环形器的第二端口的光脉冲从所述光环形器的第三端口输出；

所述两个反射镜分别设置位于所述分束器后的两条子光路上，并且被配置用于将两条子光路上传输的两路传输子光脉冲分别反射回到所述分束器。

再一方面，本发明还提供一种量子密钥分发系统，其特征在于，所述量子密钥分发系统包括上述任一项所述的相位编码装置。

采用上述技术方案，本发明的相位编码装置和量子密钥分发系统至少具有以下优点：

通过随机地在分束器两个输入端口之一分别接收一路输出光脉冲，两个输入端口对应产生的一对输出子光脉冲的相位编码相差180度，再经过相位调制器对所述两路传输子光脉冲中的至少一路传输子光脉冲或者对所述前后相邻的一对输出子光脉冲中的至少一个输出子光脉冲随机进行0度或90度的相位调制之后，能够实现对一对输出子光脉冲的0度、90度、180度和270度的相位编码。不过，与采用四种相位调制的相位调制器相比，进行两相位调制的相位调制器的驱动电路只需产生四分之一波电压输出，降低了相位调制器驱动电路输出电压。另外，相比直接通过四种电压调制相位调制器产生四种相位，该方案仅需要调制两种电平的电压，易于实现高速相位调制，从而提供了一种简单易行的相位编码装置和高速量子密钥分发系统实现方案。

附图说明

图1为本发明一优选实施方案的相位编码方法的流程图；

图2为本发明一优选实施方案的相位编码装置的组成结构示意图；

图3为本发明另一优选实施方案的相位编码装置的组成结构示意图；

图4为本发明再一优选实施方案的相位编码装置的组成结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图来具体描述本发明的优选实施方案，其中，附图构成本申请公开内容的一部分，并与本发明的实施方案一起用于阐释本发明的原理。为了清楚和简化目的，对本文所描述的器件的已知功能和结构的详细具体说明有时会省略，以避免使本发明模糊。

图1为本发明一优选实施方案的相位编码方法的流程图。

所述相位编码方法可以是用于量子密钥分发系统的使用高速两种相位调制的相位编码方法。具体地，如图1所示，所述相位编码方法可以包括以下步骤：

S101：分别从分束器的第一输入端口和第二输入端口中的任一个随机接收入射的第一路输入光脉冲或第二路输入光脉冲；

S102：将第一路输入光脉冲或第二路输入光脉冲各自分束为经由第一子光路和第二子光路传输的两路传输子光脉冲；

S103：在所述两路传输子光脉冲相对延时后将所述两路传输子光脉冲合束为一路输出光脉冲，合束输出的所述一路输出光脉冲为前后相邻的一对输出子光脉冲；以及

S104：在分束后经由第一子光路和第二子光路传输两路传输子光脉冲期间，或者在将所述两路传输子光脉冲合束为前后相邻的一对输出子光脉冲后，使用相位调制器对所述两路传输子光脉冲中的至少一路传输子光脉冲或者对所述前后相邻的一对输出子光脉冲中的至少一个输出子光脉冲随机进行两种相位调制中的一种相位调制，所述两种相位调制所调制的相位相差九十度。

本发明的上述方法的执行顺序不限于附图中所示的顺序或者编号的限制，而是应该根据实际情况来理解各步骤的执行顺序。例如，对于上述方法中的步骤S104，由于采用两种相位调制方式进行相位调制的步骤可以在分束后对所述两路传输子光脉冲中的至少一路传输子光脉冲进行，也可以在合束后进行，所以应根据实际应用来安排各步骤的执行顺序。本申请的方法相关的发明不受其方法步骤的执行顺序的限制。

另外，为简便起见，附图中仅示出了相位调制器设置在分束器之后其中一条子光路上的情形，未示出相位调制器设置在分束器后两条子光路的情形，也未示出相位调制器设置在合束器之后的情形。本领域技术人员在阅读了本公开文本后应理解，相位编码器设置在分束器之后其中一条子光路上的情形同样适用于相位调制器设置在分束器后两条子光路的情形以及相位调制器设置在合束器之后的情形。

优选的，所述第一路输入光脉冲和第二路输入光脉冲分别为偏振光，例如可以为相位不同、偏振态相同的两路偏振光。在一个实施方案中，所述分束器的第一输入端口和第二输入端口可以分别连接至第一激光器和第二激光器(未示出)，所述第一激光器和第二激光器产生的相应第一路输入光脉冲和第二路输入光脉冲可以相位相同或不同。

所述分束器在任一时间可以随机地接收所述第一激光器和第二激光器中的任一个产生的光脉冲。换言之，在任一时间，所述分束器要么接收所述第一激光器产生的光脉冲，要么接收第二激光器产生的光脉冲，而不是同步接收两个激光器产生的光脉冲。例如，可以通过在任一时间随机地点亮与第一输入端口或第二输入端口相连接的两个激光器之一，实现在分束器两个输入端口之一随机接收一个激光器提供的一路输入光脉冲。

随后，分束器可以将入射的一路输入光脉冲按50：50分束为在两个传输子光路上传输的两路传输子光脉冲。具体的，所述分束器可以将第一路输入光脉冲或第二路输入光脉冲各自都分束为经由第一子光路和第二子光路传输的两路传输子光脉冲。换言之，所述分束器可以将第一路输入光脉冲分束为经由第一子光路和第二子光路传输的两路传输子光脉冲，也可以将第二路输入光脉冲分束为经由第一子光路和第二子光路传输的两路传输子光脉冲。在传输通过分束器分束后的所述两路传输子光脉冲中，可以使两路传输子光脉冲中的一路传输子光脉冲相对于另一路传输子光脉冲进行相对延时。由于两路传输子光脉冲存在相对延时，所以使用合束器将所述两路传输子光脉冲合束后输出的一路输出光脉冲是在时间上一前一后的两个子光脉冲，也即前后相邻的一对输出子光脉冲。

优选的，在分束后传输两路传输子光脉冲期间，或者在合束为前后相邻的一对输出子光脉冲后，使用相位调制器对所述两路传输子光脉冲中的至少一路传输子光脉冲或者对所述前后相邻的一对输出子光脉冲中的至少一个输出子光脉冲随机进行两种相位调制中的一种相位调制，所述两种相位调制所调制的相位相差九十度。例如，所述随机进行两种相位调制中的一种相位调制可以包括：对至少一路传输子光脉冲或者对至少一个输出子光脉冲随机进行0度或90度相位调制。或者，如本领域技术人员可想到的，只要所述两种相位调制所调制的相位相差九十度，也可以对至少一路传输子光脉冲或者对至少一个输出子光脉冲随机采用其他不同相位度数的两种相位调制，例如，可以随机进行90度或者180度相位调制，或者随机进行180度或者270度相位调制，这些均能够实现使量子密钥分发系统最终获得四种相位编码的光脉冲。

例如，通过在分束器两个输入端口之一随机地接收两个输入光脉冲中的一个输入光脉冲，在经过分束器分束与合束器合束的过程中或之后，使用相位调制器对分束后的至少一路传输子光脉冲或者对合束后的至少一个输出子光脉冲随机进行0度或90度的相位调制，能够使得量子密钥分发系统获得0度、90度、180度和270度四种相位编码的输出光脉冲。具体的相位调制过程可以参照下文结合相位编码装置所描述的。本文中所述的相位编码过程可以是指调制两路传输子光脉冲之间的相对相位或者调制一路输出光脉冲中的前后相邻的一对输出子光脉冲之间的相对相位。

在一个优选实施方案中，当所述相位调制器使用0度相位调制时，所述第一输入端口和第二输入端口中的第一输入端口接收的一路输入光脉冲在合束后输出的前后相邻的一对输出子光脉冲为0度相位编码，所述第一输入端口和第二输入端口中的第二输入端口接收的一路输入光脉冲在合束后输出的前后相邻的一对输出子光脉冲为180度相位编码。

附加地或者替代地，当所述相位调制器使用90度相位调制时，所述第一输入端口和第二输入端口中的第一输入端口接收的一路输入光脉冲在合束后输出的前后相邻的一对输出子光脉冲为90度相位编码，所述第一输入端口和第二输入端口中的第二输入端口接收的一路输入光脉冲在合束后输出的前后相邻的一对输出子光脉冲为270度相位编码。

关于最后获得的所述0度、90度、180度和270度四种相位编码的一对输出子光脉冲，其中的0度、90度、180度和270度四种相位编码可以是指一路输出光脉冲中的前后相邻的一对输出子光脉冲(或者说一前一后的一对输出子光脉冲)之间的相对相位差分别为0度、90度、180度或者270度。例如，所述前后相邻的一对输出子光脉冲为0度相位编码，可以是指前后相邻的一对输出子光脉冲之间的相位差为0度；所述前后相邻的一对输出子光脉冲为180度相位编码，可以是指前后相邻的一对输出子光脉冲之间的相位差为180度。类似地，所述前后相邻的一对输出子光脉冲为90度相位编码，可以是指前后相邻的一对输出子光脉冲之间的相位差为90度；所述前后相邻的一对输出子光脉冲为270度相位编码，可以是指前后相邻的一对输出子光脉冲之间的相位差为270度。

优选的，控制在分束与合束过程中的光脉冲的偏振态，使所述第一子光路和第二子光路传输的两路传输子光脉冲在合束为前后相邻的一对输出子光脉冲时的偏振态相同。

优选的，所述控制在分束与合束过程中的光脉冲的偏振态，包括：

在分束与合束的过程中采用偏振保持光器件，在分束与合束的过程中使所述两路传输子光脉冲的偏振态保持不变。

图2为本发明一优选实施方案的相位编码装置的组成结构示意图。

如图2所示，所述相位编码装置可以包括以下组成部分：分束器203、相位调制器204以及合束器205。

所述分束器203可以具有第一输入端口201和第二输入端口202，所述分束器203可以被配置用于分别从所述第一输入端口201和第二输入端口202中的任一个随机接收入射的第一路输入光脉冲或第二路输入光脉冲，并且将入射的第一路输入光脉冲或第二路输入光脉冲各自分束为经由第一子光路和第二子光路传输的两路传输子光脉冲。

所述合束器205可以被配置用于在所述两路传输子光脉冲相对延时后将所述两路传输子光脉冲合束为经一个输出端口206输出的一路输出光脉冲，合束输出的所述一路输出光脉冲为前后相邻的一对输出子光脉冲。

所述相位调制器204可以设置位于分束器后的所述第一子光路和第二子光路中的任一个子光路上(如图2所示)；也就是说，所述相位调制器204可以设置位于分束器后的所述第一子光路和第二子光路中的其中一个子光路上或者两个子光路上。或者，所述相位调制器可以位于合束器后的与一个输出端口相连的一条输出光路上(未示出)。所述相位调制器204被配置用于对所述两路传输子光脉冲中的至少一路传输子光脉冲或者对所述一条输出光路上的前后相邻的一对输出子光脉冲中的至少一个输出子光脉冲随机进行两种相位调制中的一种相位调制，所述两种相位调制所调制的相位相差九十度。

在一个实施方案中，如图2中所示，可以在分束后的第一子光路上设置相位调制器随机进行两种相位调制，在第二子光路上对其上传输的子光脉冲进行延时。或者，可以在分束后的第二子光路上设置相位调制器随机进行两种相位调制，在第一子光路上对其上传输的子光脉冲进行延时。或者，在同一子光路上设置相位调制器随机进行两种相位调制，以及对其上传输的子光脉冲进行延时。

可选地，所述相位编码装置可采用不等臂马赫-曾德尔干涉仪(如图3所示)或不等臂迈克尔逊干涉仪(如图4所示)的结构。

本文中，术语“分束器”和“合束器”可互换使用，分束器亦可用作合束器，反之亦然。在所述相位编码装置采用不等臂迈克尔逊干涉仪的结构时，所述分束器和所述合束器可以是同一部件。

优选的，所述相位调制器204被进一步配置用于对至少一路传输子光脉冲或者对至少一路输出光脉冲随机进行例如0度或90度相位调制。

优选的，所述相位编码装置还可以包括第一激光器和第二激光器，所述分束器的第一输入端口201和第二输入端口202分别连接至所述第一激光器和第二激光器。(第一路输入光脉冲和第二路输入光脉冲之间没有关系，从一个端口输入就会使最终输出的一对子输出光脉冲为0度编码，从另一个端口输入就会使最终输出的一对子输出光脉冲为180度编码，跟激光器没关系。)所述分束器203被配置用于在任一时间通过第一输入端口或第二输入端口随机地接收所述第一激光器和第二激光器中的任一个产生的光脉冲。通过随机地点亮与相应的输入端口相连接的激光器可以实现在分束器203两个输入端口之一随机接收一路输入光脉冲。

在一个实施方案中，当所述相位调制器使用0度相位调制时，所述第一输入端口和第二输入端口中的第一输入端口接收的一路输入光脉冲在合束后输出的前后相邻的一对输出子光脉冲为0度相位编码，所述第一输入端口和第二输入端口中的第二输入端口接收的一路输入光脉冲在合束后输出的前后相邻的一对输出子光脉冲为180度相位编码。

附加地或者替代地，当所述相位调制器使用90度相位调制时，所述第一输入端口和第二输入端口中的第一输入端口接收的一路输入光脉冲在合束后输出的前后相邻的一对输出子光脉冲为90度相位编码，所述第一输入端口和第二输入端口中的第二输入端口接收的一路输入光脉冲在合束后输出的前后相邻的一对输出子光脉冲为270度相位编码。

有利的，为了保持输入光脉冲在分束和合束过程中的偏振态不变，分束器203、合束器205以及分束与合束过程中使用的器件可以均采用偏振保持光器件。

在一些实施方案中，所述相位编码装置可以采用不等臂马赫-曾德尔干涉仪或者不等臂迈克尔逊干涉仪的光路结构。

图3示出了本发明一个优选实施方案的相位编码装置的组成结构示意图。

在如图3所示的实施方案中，所述相位编码装置可以为不等臂马赫-曾德尔干涉仪结构，具体包括以下组成部分：分束器303、相位调制器304和合束器305。优选的，所述分束器303可以为保偏分束器，所述合束器305可以为保偏合束器。

分束器303可以具有第一输入端口301和第二输入端口302，随机选择第一输入端口301和第二输入端口302中的一个输入端口接收入射的一路光脉冲。工作时，第一输入端口301连接至第一激光器，第二输入端口302连接至第二激光器(未示出)，通过随机点亮与相应输入端口相连接的激光器可以实现从分束器303两个输入端口之一随机接收入射的一路光脉冲。

分束器303将第一输入端口301或第二输入端口302入射的一路输入光脉冲分束为两路传输子光脉冲。例如，所述两路传输子光脉冲中的其中一路传输子光脉冲经相位调制器304可以被调制0度或90度，另一路传输子光脉冲之间经保偏光纤传输并且被相对延时，相对延时后的两路传输子光脉冲经合束器305合束为经由第一输出端口306或第二输出端口307输出的一路输出光脉冲。虽然图3中示出了两个输出端口，但是只选择从合束器305的两个输出端口306和307中的一个输出端口输出的一路输出光脉冲即可。所述相位调制器304可以插入马赫-曾德尔干涉仪两臂中的任意一臂，即分束器之后的任一传输子光路上。

举例而言，当相位调制器304调制0度时，第一路输入光脉冲经分束器303分束后再合束形成0度相位编码的前后相邻的一对输出子脉冲，第二路输入光脉冲经分束器303分束后再合束形成180度相位编码的前后相邻的一对输出子脉冲。或者，当相位调制器304调制90度时，第一路输入光脉冲经分束器303分束后再合束形成90度相位编码的前后相邻的一对输出子脉冲，第二路输入光脉冲经分束器303分束后再合束形成270度相位编码的前后相邻的一对输出子脉冲。由此，可以实现用于进行量子通信的根据量子密钥分发协议所要求的四种相位编码的光脉冲。

应理解，分束器或合束器的器件本身会使得在分束或合束过程后的子光脉冲之间产生90度相对相位变化，即，透射传输与耦合传输的子光脉冲之间产生90度相对相位变化。

举例而言，当相位调制器304调制0度并且接收通过端口301入射的第一路输入光脉冲时，第一路输入光脉冲301经分束器303分束到上面的第一传输子光路(透射传输)，该第一传输子光路传输的光脉冲经合束器305合束后假定传输到上方的输出端口306(透射传输)，则输出的第一子光脉冲在分束和合束的过程中的相位不发生变化；不过，如果第一路输入光脉冲301经分束器303分束到下面的第二传输子光路(耦合传输)，该第二传输子光路传输的光脉冲经合束器305合束后假定传输到上方的输出端口306(耦合传输)，则输出的第二子光脉冲在分束和合束的过程中的相位发生180度变化(分束和合束过程中相位各发生90度变化)，所以通过输出端口306输出的前后相邻的一对子光脉冲为180度相位编码的前后相邻的一对输出子光脉冲。

类似地，根据上述计算方法可以推导出，当相位调制器304调制90度并且通过端口301接收入射的第一路输入光脉冲时，通过输出端口306输出的一对子光脉冲可以分别发生0度和270度相位变化，从而实现270度相位编码的前后相邻的一对输出子光脉冲。

类似地，根据上述计算方法还可以推导出，当相位调制器304调制0度并且通过端口302接收入射的第二路输入光脉冲时，通过输出端口306输出的一对子光脉冲可以分别发生90度和90度相位变化，从而实现0度相位编码的前后相邻的一对输出子光脉冲。

类似地，根据上述计算方法还可以推导出，当相位调制器304调制90度并且通过端口302接收入射的第二路输入光脉冲时，通过输出端口306输出的一对子光脉冲可以分别发生90度和180度相位变化，从而实现90度相位编码的前后相邻的一对输出子光脉冲。

图4为本发明再一优选实施方案的相位编码装置的组成结构示意图。

在如图4所示的实施方案中，该相位编码装置采用的是不等臂迈克尔逊干涉仪结构，具体包括以下组成部分：光环形器403、分束器404、相位调制器406以及反射镜405和407。在该实施方案中，分束器和合束器是同一器件。所述分束器404既起到分束器的作用，也起到合束器的作用，并且优选是偏振保持光器件。

分束器404具有第一输入端口401和第二输入端口402。所述光环形器403可以设置位于所述分束器404的任一输入光路上。所述光环形器403可以具有至少第一端口A、第二端口B和第三端口C。从所述第一端口A输入的光脉冲经由所述光环形器的第二端口B输出至所述分束器404；从所述分束器404输出至所述光环形器的第二端口B的光脉冲从所述光环形器的第三端口C输出。

所述两个反射镜405和407可以分别设置位于所述分束器404后的两条子光路上，并且被配置用于将两条子光路上传输的两路传输子光脉冲分别反射回到所述分束器404。所述相位调制器406被设置在所述分束器后的所述两条子光路之一上，或者说插入迈克尔逊干涉仪两臂中任意一臂。

参照图4，分束器404一侧的第一输入端口401和第二输入端口402均为分束器的输入端，随机选择其中一个输入端口接收相应的一路输入光脉冲。分束器404另一侧的两个端口分别连接有反射镜405、407。工作时，第一输入端口401和第二输入端口402分别连接至第一激光器和第二激光器，随机点亮与第一输入端口401相连的第一激光器，则该第一激光器产生的第一路输入光脉冲会入射至分束器404。或者，随机点亮与第二输入端口402相连的第二激光器，则该第二激光器产生的第二路输入光脉冲会经由光环形器403的第一端口A输入，然后经由光环形器403的第二端口B输出至分束器404。

分束器404将输入的第一路输入光脉冲或第二路输入光脉冲分别都分束为两路传输子光脉冲，一路传输子光脉冲在进行相对延时后经反射镜405反射回来，另一路传输子光脉冲经相位调制器406随机进行0度或90度的相位调制后再经反射镜407反射回来。这样，反射回来的存在相对延时的两路传输子光脉冲经分束器404(此时起到合束器的作用)合束成一路前后相邻的一对输出子光脉冲，然后被输入至光环形器403的第二端口B，随后经由光环形器的第三端口C传输至端口408输出。替代的，如果将光环形器403放置在分束器404的与第一输入端口401相连的另一条输入光路上，则能够产生相同的结果。

两个反射镜405和407可以为四分之一波片反射镜或90度旋转法拉第反射镜。

另一方面，本发明还提供一种量子密钥分发系统，所述量子密钥分发系统可以包括根据上述任一项所述的相位编码装置。

根据结合附图所介绍的本发明的上述实施方案的相位编码方法和相位编码装置，通过随机地在分束器的两个输入端口之一接收一路输入光脉冲，再通过相位调制器进行0度或90度的随机相位调制，最终实现0度、90度、180度和270度四种相位编码。通过上述方式，相位调制器的驱动电路只需产生四分之一波电压输出，降低了相位调制器的驱动电路输出电压，从而能够实现更快的相位调制信号边沿，提供了一种简单易行的高速的相位编码方法和量子密钥分发系统的实现方案。

通过对具体实施方式的说明，应当可以对本发明为实现预定目的所采取的技术手段及技术效果有更加深入且具体的了解。另外，所提供的附图仅用于提供参考与说明之用，并非用来对本发明加以限制。

尽管已经详细地说明了示例实施例，前述说明在所有方面都是说明性的而不是限制性的。应当理解，可以设计出多种其它改型和变体而不偏离示例实施例的范围，这些改型和变体都落入本发明的保护范围。因此，本发明的保护范围应以所附权利要求为准。