本發(fā)明實施例涉及量子通信領(lǐng)域，尤其涉及一種原始密鑰恢復(fù)裝置和方法。

背景技術(shù)：

隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的快速發(fā)展，大量敏感信息需要通過網(wǎng)絡(luò)傳輸，人們需要對敏感信息進(jìn)行保護(hù)以免丟失或遭到攻擊。加密是保障信息安全的重要手段之一，現(xiàn)有經(jīng)典加密體系是建立在計算復(fù)雜度基礎(chǔ)之上的，其存在被破譯的可能。經(jīng)典密碼體制中，只有一次一密具有無條件安全性，而如何產(chǎn)生大量的隨機(jī)數(shù)密鑰一直是個難題，量子密鑰分配(quantumkeydistribution，簡稱qkd)技術(shù)的出現(xiàn)解決了這個難題。

qkd具體是以量子態(tài)作為信息單元，利用量子力學(xué)的一些原理來傳輸和保護(hù)信息，通常把通信雙方以量子態(tài)為信息載體，利用量子力學(xué)原理，通過量子信道傳輸，在保密通信雙方之間建立共享密鑰。其安全性是由量子力學(xué)中的“海森堡測不準(zhǔn)關(guān)系”及“單量子不可復(fù)制定理”或糾纏粒子的相干性和非局域性等量子特性來保證的。

圖1示例性示出了一種量子通信適用的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。如圖1所示，包括發(fā)送裝置101和接收裝置102，發(fā)送裝置中包括主控單元103、量子發(fā)送機(jī)104、同步時鐘發(fā)送機(jī)105、協(xié)商信息收發(fā)機(jī)106、業(yè)務(wù)信息發(fā)送機(jī)107，接收裝置中包括主控單元108、量子接收機(jī)109、同步時鐘接收機(jī)110、協(xié)商信息收發(fā)機(jī)111、業(yè)務(wù)信息接收機(jī)112。發(fā)送裝置通過量子發(fā)送機(jī)向接收裝置的量子接收機(jī)發(fā)送攜帶有原始密鑰的量子光信號，以使接收裝置從量子光信號中恢復(fù)出原始量子密鑰。發(fā)送裝置通過同步時鐘發(fā)送機(jī)向接收裝置的同步時鐘接收機(jī)發(fā)送同步時鐘信號，以使接收裝置實現(xiàn)與發(fā)送裝置的時鐘同步。發(fā)送裝置通過協(xié)商信息收發(fā) 機(jī)與接收裝置的協(xié)商信息收發(fā)機(jī)之間相互發(fā)送和接收協(xié)商信息，以使發(fā)送裝置和接收裝置根據(jù)協(xié)商信息從原始量子密鑰中確定出最終量子密鑰。發(fā)送裝置通過業(yè)務(wù)信息發(fā)送機(jī)向接收裝置額業(yè)務(wù)信息接收機(jī)發(fā)送業(yè)務(wù)信息。

量子密鑰分配過程，具體是指發(fā)送裝置將原始密鑰攜帶于量子光信號中，并將該量子光信號發(fā)送給接收裝置，接收裝置接收到該量子光信號之后，從該量子光信號中恢復(fù)出原始密鑰，進(jìn)一步通過發(fā)送裝置與接收裝置的協(xié)商，從原始密鑰中確定出最終所使用的密鑰。

現(xiàn)有技術(shù)中，發(fā)送裝置產(chǎn)生本振光信號，并將本振光信號和量子光信號在同一根光纖傳送，此時，接收裝置若要準(zhǔn)確恢復(fù)出原始密鑰，則需要嚴(yán)格保證該本振光信號和該量子光信號到達(dá)2:2耦合器的輸入端時間，也就是說，接收裝置需要對該本振光信號和該量子光信號所經(jīng)過的路徑做嚴(yán)格的等長控制，該技術(shù)方案在工程化使用中難度非常高。

綜上，亟需一種原始密鑰恢復(fù)裝置和方法，用于更加簡單且準(zhǔn)確的從接收到的量子光信號中恢復(fù)出原始密鑰。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明實施例提供一種原始密鑰恢復(fù)裝置和方法，用于更加簡單且準(zhǔn)確的從接收到的量子光信號中恢復(fù)出原始密鑰。

本發(fā)明實施例提供一種原始密鑰恢復(fù)裝置，包括相干耦合單元，以及與相干耦合單元連接的參考光平衡探測單元和量子光平衡探測單元，與參考光平衡探測單元連接的載波恢復(fù)單元，與量子光平衡探測單元連接的密鑰恢復(fù)單元；載波恢復(fù)單元與密鑰恢復(fù)單元連接：

相干耦合單元，用于根據(jù)本振光信號，對接收到的傳輸光信號進(jìn)行分光處理和相干耦合，得到至少兩路相干耦合后光信號；其中，傳輸光信號中包括參考光信號和量子光信號；至少兩路相干耦合后光信號中包括至少一個第一相干耦合后光信號和至少一個第二相干耦合后光信號；每個第一相干耦合后光信號 中至少包括參考光信號；每個第二相干耦合后光信號中至少包括量子光信號；

參考光平衡探測單元，用于對至少一個第一相干耦合后光信號進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換和放大，得到至少一個第一電信號，并將至少一個第一電信號傳輸給載波恢復(fù)單元；

量子光平衡探測單元，用于對至少一個第二相干耦合后光信號進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換和放大，得到至少一個第二電信號，并將至少一個第二電信號傳輸給密鑰恢復(fù)單元；

載波恢復(fù)單元，用于從至少一個第一電信號中確定出本振光信號和參考光信號之間的相位頻率信息，并將相位頻率信息發(fā)送給密鑰恢復(fù)單元；

密鑰恢復(fù)單元，用于根據(jù)接收到的相位頻率信息，從至少一個第二電信號中恢復(fù)出原始密鑰。

由于傳輸光信號中包括參考光信號和量子光信號，而且通過本振光信號對傳輸光信號進(jìn)行分光處理和相干耦合，得到至少兩路相干耦合后光信號，進(jìn)而對包括參考光信號的第一相干耦合后光信號和包括量子光信號的第二相干耦合后光信號分別進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換和放大，得到第一電信號和第二電信號，進(jìn)而分別從第一電信號中得到本振光信號和參考光信號之間的相位頻率信息，以及根據(jù)相位頻率信息從第二電信號中恢復(fù)出原始密鑰，可見，該方案無需對發(fā)送裝置和接收裝置的兩路光纖長度差進(jìn)行嚴(yán)格的等長控制，降低了技術(shù)難度。

可選地，參考光平衡探測單元所包括的跨阻放大器的放大倍數(shù)小于量子光平衡探測單元所包括的跨阻放大器的放大倍數(shù)。

可選地，所述參考光平衡探測單元的帶寬，高于所述量子光平衡探測單元的帶寬；所述參考光平衡探測單元的增益，低于所述量子光平衡探測單元的增益。

進(jìn)一步，本發(fā)明實施例中可以將第一相干耦合后光信號和第二相干耦合后光信號分別進(jìn)行放大，此時將第一相干耦合后光信號對應(yīng)的放大倍數(shù)調(diào)小，以使從第一電信號中確定出本振光信號和參考光信號之間的相位頻率信息；將第 二相干耦合后光信號對應(yīng)的放大倍數(shù)調(diào)大，以使從至少一個第二電信號中恢復(fù)出原始密鑰。從而，可更加精確的根據(jù)第一相干耦合后光信號，從參考光信號中恢復(fù)出相位頻率信息，也可更加精確的根據(jù)第二相干耦合后光信號，從量子光信號中恢復(fù)出原始密鑰。

可選地，還包括與載波恢復(fù)單元和相干耦合單元連接的本振單元，用于：

接收載波恢復(fù)單元發(fā)送的相位頻率信息；

根據(jù)接收到的相位頻率信息，生成本振光信號，并將本振光信號發(fā)送給相干耦合單元。

如此，可更加準(zhǔn)確的為用于對傳輸光信號進(jìn)行相干耦合的本振光信號進(jìn)行調(diào)制，也就是說，根據(jù)接收到的相位頻率信息，生成本振光信號更加準(zhǔn)確，進(jìn)而在密鑰恢復(fù)單元根據(jù)相干耦合后量子光信號恢復(fù)出原始密鑰時會更加準(zhǔn)確。

可選地，若傳輸光信號通過一個偏振態(tài)傳輸，則傳輸光信號包括時分復(fù)用的參考光信號和量子光信號；且相干耦合單元包括第一分光單元，以及與第一分光單元連接的第一耦合單元和第二耦合單元，第一耦合單元與參考光平衡探測單元連接，第二耦合單元與量子光平衡探測單元連接：

本振單元，具體用于：

將本振光信號分為兩路第一子本振光信號，并將兩路第一子本振光信號分別發(fā)送給第一耦合單元和第二耦合單元；

第一分光單元，用于接收傳輸光信號，將傳輸光信號進(jìn)行分光處理，得到兩路分光處理后光信號，并將兩路分光處理后光信號分別輸入給第一耦合單元和第二耦合單元；

第一耦合單元，用于使用接收到的兩路第一子本振光信號中的一路第一子本振光信號對接收到的兩路分光處理后光信號中的一路分光處理后光信號進(jìn)行相干耦合，得到至少兩路相干耦合后光信號中的一路相干耦合后光信號；

第二耦合單元，用于使用接收到的兩路第一子本振光信號中的另一路第一子本振光信號對接收到的兩路分光處理后光信號中的另一路分光處理后光信號 進(jìn)行相干耦合，得到至少兩路相干耦合后光信號中的另一路相干耦合后光信號。

可選地，若傳輸光信號通過一個偏振態(tài)傳輸，則傳輸光信號包括時分復(fù)用的參考光信號和量子光信號；且相干耦合單元包括第三耦合單元，以及與第三耦合單元連接的第二分光單元和第三分光單元，第二分光單元連接參考光平衡探測單元和量子光平衡探測單元，第三分光單元連接參考光平衡探測單元和量子光平衡探測單元：

第三耦合單元，用于使用本振光信號對傳輸光信號進(jìn)行相干耦合，并將進(jìn)行相干耦合后得到的光信號分為兩路，得到兩路第一相干后光信號，并將兩路第一相干后光信號分別輸入給第二分光單元和第三分光單元；

第二分光單元，用于將接收到的兩路第一相干后光信號中的一路第一相干后光信號進(jìn)行分光處理，得到一個在該路第一相干后光信號中占比為第一比例的第一相干后光信號，以及一個占比為第二比例的第一相干后光信號；其中第一比例與第二比例的和為1；

第三分光單元，用于將接收到的兩路第一相干后光信號中的另一路第一相干后光信號進(jìn)行分光處理，得到一個在該路第一相干后光信號中占比為第一比例的第一相干后光信號，以及一個占比為第二比例的第一相干后光信號；

其中，兩個在每路第一相干后光信號中占比為第一比例的第一相干后光信號作為兩路相干耦合后光信號中的一路相干耦合后光信號，兩個在每路第一相干后光信號中占比為第二比例的第一相干后光信號作為兩路相干耦合后光信號中的另一路相干耦合后光信號。

通過上述兩種方式，可見，即使傳輸光信號通過一個偏振態(tài)傳輸，且傳輸光信號包括時分復(fù)用的參考光信號和量子光信號，也可以將第一相干耦合后光信號和第二相干耦合后光信號分別進(jìn)行放大，此時將第一相干耦合后光信號對應(yīng)的放大倍數(shù)調(diào)小，以使從第一電信號中確定出本振光信號和參考光信號之間的相位頻率信息；將第二相干耦合后光信號對應(yīng)的放大倍數(shù)調(diào)大，以使從至少一個第二電信號中恢復(fù)出原始密鑰。

可選地，若傳輸光信號通過n個偏振態(tài)傳輸，n為大于1的整數(shù)，則：

相干耦合單元包括偏振分光單元，以及與偏振分光單元連接的子相干耦合單元，子相干耦合單元連接參考光平衡探測單元和量子光平衡探測單元；

偏振分光單元，用于通過偏振分光處理將傳輸光信號分為n路光信號，并對至少(n-1)路光信號進(jìn)行偏振旋轉(zhuǎn)，輸出偏振態(tài)相同的n路初始光信號；其中一路初始光信號對應(yīng)一個偏振態(tài)；

子相干耦合單元，用于根據(jù)接收到的本振光信號對n路初始光信號中的每路初始光信號至少進(jìn)行相干耦合，輸出至少n路相干耦合后光信號。

可選地，n路初始光信號至少包括兩路包括時分復(fù)用的參考光信號和量子光信號的初始光信號；

或者

n路初始光信號至少包括以下內(nèi)容中的任兩項：

包括時分復(fù)用的參考光信號和量子光信號的初始光信號、包括參考光信號的初始光信號、包括量子光信號的初始光信號。

可選地，子相干耦合單元，具體用于：

當(dāng)n路初始光信號中至少包括一路包括參考光信號的初始光信號時，使用在本振光信號中占比為第三比例的本振光信號對該路包括參考光信號的初始光信號進(jìn)行相干耦合，得到包括參考光信號的一路相干耦合后光信號；

當(dāng)n路初始光信號中至少包括一路包括量子光信號的初始光信號時，使用在本振光信號中占比為第四比例的本振光信號對該路包括量子光信號的初始光信號進(jìn)行相干耦合，得到包括量子光信號的一路相干耦合后光信號；

當(dāng)n路初始光信號中包括至少一路包括時分復(fù)用的參考光信號和量子光信號的初始光信號時，使用在本振光信號中占比為第五比例的本振光信號對一路包括時分復(fù)用的參考光信號和量子光信號的初始光信號進(jìn)行相干耦合和分光處理，得到兩路相干耦合后光信號；其中，兩路相干耦合后光信號中的每路相干耦合后光信號中包括參考光信號和量子光信號。

可選地，當(dāng)n路初始光信號中包括至少一路包括時分復(fù)用的參考光信號和量子光信號的初始光信號時：

本振單元，具體用于：

將本振光信號中占比為第五比例的本振光信號分為兩路第二子本振光信號，并將兩路第二子本振光信號發(fā)送給子相干耦合單元；

子相干耦合單元，具體用于：

將該路包括時分復(fù)用的參考光信號和量子光信號的初始光信號進(jìn)行分光處理，得到兩路分光處理后初始光信號；

使用接收到的兩路第二子本振光信號分別對兩路分光處理后初始光信號中的每路分光處理后初始光信號進(jìn)行相干耦合，得到至少兩路相干耦合后光信號中的兩路相干耦合后光信號；其中，一路本振光信號對應(yīng)一路分光處理后初始光信號。

可選地，在n路初始光信號中包括至少一路包括時分復(fù)用的參考光信號和量子光信號的初始光信號時，具體用于：

使用在本振光信號中占比為第五比例的本振光信號，對包括時分復(fù)用的參考光信號和量子光信號的初始光信號進(jìn)行相干耦合，并將進(jìn)行相干耦合后得到的光信號分為兩路，得到兩路第二相干后光信號；

對兩路第二相干后光信號中的每路第二相干后光信號進(jìn)行分光處理，得到兩個在每路第二相干后光信號中占比為第六比例的第二相干后光信號，以及兩個占比為第七比例的第二相干后光信號；其中第六比例與第七比例的和為1；

其中，兩個在每路第二相干后光信號中占比為第六比例的第二相干后光信號為兩路相干耦合后光信號中的一路相干耦合后光信號；兩個在每路第二相干后光信號中占比為第七比例的第二相干后光信號為兩路相干耦合后光信號中的另一路相干耦合后光信號。

可選地，載波恢復(fù)單元包括與參考光平衡探測單元連接的第一模數(shù)轉(zhuǎn)換器adc單元，和與第一adc單元連接的第一處理單元；

第一adc單元，用于接收至少一個第一電信號，并對至少一個第一電信號中的每個第一電信號進(jìn)行采樣量化，得到參考信號采樣序列，并將參考信號采樣序列發(fā)送給第一處理單元；每個第一相干耦合后光信號中包括的參考光信號在對應(yīng)的第一電信號中對應(yīng)的電信號幅值處于第一adc單元的第一預(yù)設(shè)幅值范圍內(nèi)；

第一處理單元，用于根據(jù)接收到的參考信號采樣序列，確定出本振光信號和參考光信號之間的相位頻率信息，并將相位頻率信息發(fā)送給密鑰恢復(fù)單元。

可選地，密鑰恢復(fù)單元包括與量子光平衡探測單元連接的第二adc單元，和與第二adc單元連接的第二處理單元；

第二adc單元，用于接收至少一個第二電信號，并對至少一個第二電信號中的每個第二電信號進(jìn)行采樣量化，得到量子信號采樣序列，并將量子信號采樣序列發(fā)送給第二處理單元；每個第二相干耦合后光信號中包括的量子光信號在對應(yīng)的第二電信號中對應(yīng)的電信號幅值處于第二adc單元的第二預(yù)設(shè)幅值范圍內(nèi)；

第二處理單元，用于根據(jù)接收到的量子信號采樣序列，以及接收到的相位頻率信息，恢復(fù)出原始密鑰。

可選地，還包括與相干耦合單元連接的偏振控制單元，用于：

接收傳輸光信號，并將接收到的傳輸光信號的偏振態(tài)調(diào)整為固定值；

將偏振態(tài)為固定值的傳輸光信號發(fā)送給相干耦合單元。

可選地，本振光信號包括用于對傳輸光信號中的參考光信號進(jìn)行擬合的第一本振光信號，以及用于對傳輸光信號中的量子光信號進(jìn)行擬合的第二本振光信號；

第一本振光信號的相位為預(yù)設(shè)的固定相位值中的一個；第二本振光信號的相位為預(yù)設(shè)的固定相位值中的隨機(jī)值。

通過上述方案，可見，傳輸光信號通過n個偏振態(tài)傳輸時，可以通過參考光平衡探測單元和量子光平衡探測單元分別進(jìn)行處理，進(jìn)而可以對參考光平衡 探測單元和量子光平衡探測單元的參數(shù)分別進(jìn)行設(shè)置，比如將包括參考光信號的光信號對應(yīng)的放大倍數(shù)調(diào)小，以使從第一電信號中確定出本振光信號和參考光信號之間的相位頻率信息；將將包括量子光信號的光信號對應(yīng)的放大倍數(shù)調(diào)大，以使從至少一個第二電信號中恢復(fù)出原始密鑰。

本發(fā)明實施例提供一種原始密鑰恢復(fù)方法，包括：

根據(jù)本振光信號，對接收到的傳輸光信號進(jìn)行分光處理和相干耦合，得到至少兩路相干耦合后光信號；其中，傳輸光信號中包括參考光信號和量子光信號；至少兩路相干耦合后光信號中包括至少一個第一相干耦合后光信號和至少一個第二相干耦合后光信號；每個第一相干耦合后光信號中至少包括參考光信號；每個第二相干耦合后光信號中至少包括量子光信號；

對至少一個第一相干耦合后光信號進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換和放大，得到至少一個第一電信號；對至少一個第二相干耦合后光信號進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換和放大，得到至少一個第二電信號；

從至少一個第一電信號中確定出本振光信號和參考光信號之間的相位頻率信息；根據(jù)接收到的相位頻率信息，從至少一個第二電信號中恢復(fù)出原始密鑰。

可選地，對至少一個第一相干耦合后光信號進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換和放大的放大倍數(shù)小于對至少一個第二相干耦合后光信號進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換和放大的放大倍數(shù)。

可選地，對至少一個第一相干耦合后光信號進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換和放大的平衡探測接收機(jī)的帶寬，高于對至少一個第二相干耦合后光信號進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換和放大的平衡探測接收機(jī)的帶寬；對至少一個第一相干耦合后光信號進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換和放大的平衡探測接收機(jī)的增益，低于對至少一個第二相干耦合后光信號進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換和放大的平衡探測接收機(jī)的的增益。

本發(fā)明實施例中，可以將第一相干耦合后光信號和第二相干耦合后光信號分別進(jìn)行放大，此時將第一相干耦合后光信號對應(yīng)的放大倍數(shù)調(diào)小，以使從第一電信號中確定出本振光信號和參考光信號之間的相位頻率信息；將第二相干耦合后光信號對應(yīng)的放大倍數(shù)調(diào)大，以使從至少一個第二電信號中恢復(fù)出原始 密鑰。從而，可更加精確的根據(jù)第一相干耦合后光信號，從參考光信號中恢復(fù)出相位頻率信息，也可更加精確的根據(jù)第二相干耦合后光信號，從量子光信號中恢復(fù)出原始密鑰。

可選地，根據(jù)本振光信號，對接收到的傳輸光信號進(jìn)行分光處理和相干耦合，得到至少兩路相干耦合后光信號之前，還包括：

根據(jù)相位頻率信息，生成本振光信號。

可選地，若傳輸光信號通過一個偏振態(tài)傳輸，則傳輸光信號包括時分復(fù)用的參考光信號和量子光信號；且：

根據(jù)本振光信號，對接收到的傳輸光信號進(jìn)行分光處理和相干耦合，得到至少兩路相干耦合后光信號，包括：

接收傳輸光信號，將傳輸光信號進(jìn)行分光處理，得到兩路分光處理后光信號；

將本振光信號分為兩路第一子本振光信號，使用兩路第一子本振光信號中對兩路分光處理后光信號分別進(jìn)行相干耦合，得到至少兩路相干耦合后光信號；其中，一路第一子本振光信號對應(yīng)一路分光處理后光信號。

可選地，若傳輸光信號通過一個偏振態(tài)傳輸，則傳輸光信號包括時分復(fù)用的參考光信號和量子光信號；且：

根據(jù)本振光信號，對接收到的傳輸光信號進(jìn)行分光處理和相干耦合，得到至少兩路相干耦合后光信號，包括：

使用本振光信號對傳輸光信號進(jìn)行相干耦合，并將進(jìn)行相干耦合后得到的光信號分為兩路，得到兩路第一相干后光信號；

將接收到的兩路第一相干后光信號中的一路第一相干后光信號進(jìn)行分光處理，得到一個在該路第一相干后光信號中占比為第一比例的第一相干后光信號，以及一個占比為第二比例的第一相干后光信號；其中第一比例與第二比例的和為1；

將接收到的兩路第一相干后光信號中的另一路第一相干后光信號進(jìn)行分光 處理，得到一個在該路第一相干后光信號中占比為第一比例的第一相干后光信號，以及一個占比為第二比例的第一相干后光信號；

其中，兩個在每路第一相干后光信號中占比為第一比例的第一相干后光信號作為兩路相干耦合后光信號中的一路相干耦合后光信號，兩個在每路第一相干后光信號中占比為第二比例的第一相干后光信號作為兩路相干耦合后光信號中的另一路相干耦合后光信號。

可選地，若傳輸光信號通過n個偏振態(tài)傳輸，n為大于1的整數(shù)，則：

根據(jù)本振光信號，對接收到的傳輸光信號進(jìn)行分光處理和相干耦合，得到至少兩路相干耦合后光信號，包括：

通過偏振分光處理將傳輸光信號分為n路光信號，并對至少(n-1)路光信號進(jìn)行偏振旋轉(zhuǎn)，輸出偏振態(tài)相同的n路初始光信號；其中一路初始光信號對應(yīng)一個偏振態(tài)；

根據(jù)接收到的本振光信號對n路初始光信號中的每路初始光信號至少進(jìn)行相干耦合，輸出至少n路相干耦合后光信號。

可選地，n路初始光信號至少包括兩路包括時分復(fù)用的參考光信號和量子光信號的初始光信號；

或者

n路初始光信號至少包括以下內(nèi)容中的任兩項：

包括時分復(fù)用的參考光信號和量子光信號的初始光信號、包括參考光信號的初始光信號、包括量子光信號的初始光信號。

可選地，根據(jù)接收到的本振光信號對n路初始光信號中的每路初始光信號至少進(jìn)行相干耦合，輸出至少n路相干耦合后光信號，包括：

當(dāng)n路初始光信號中至少包括一路包括參考光信號的初始光信號時，使用在本振光信號中占比為第三比例的本振光信號對該路包括參考光信號的初始光信號進(jìn)行相干耦合，得到包括參考光信號的一路相干耦合后光信號；

當(dāng)n路初始光信號中至少包括一路包括量子光信號的初始光信號時，使用 在本振光信號中占比為第四比例的本振光信號對該路包括量子光信號的初始光信號進(jìn)行相干耦合，得到包括量子光信號的一路相干耦合后光信號；

當(dāng)n路初始光信號中包括至少一路包括時分復(fù)用的參考光信號和量子光信號的初始光信號時，使用在本振光信號中占比為第五比例的本振光信號對一路包括時分復(fù)用的參考光信號和量子光信號的初始光信號進(jìn)行相干耦合和分光處理，得到兩路相干耦合后光信號；其中，兩路相干耦合后光信號中的每路相干耦合后光信號中包括參考光信號和量子光信號。

可選地，使用在本振光信號中占比為第五比例的本振光信號對一路包括時分復(fù)用的參考光信號和量子光信號的初始光信號進(jìn)行相干耦合和分光處理，得到兩路相干耦合后光信號，包括：

將該路包括時分復(fù)用的參考光信號和量子光信號的初始光信號進(jìn)行分光處理，得到兩路分光處理后初始光信號；

將本振光信號中占比為第五比例的本振光信號分為兩路第二子本振光信號；使用兩路第二子本振光信號分別對兩路分光處理后初始光信號中的每路分光處理后初始光信號進(jìn)行相干耦合，得到至少兩路相干耦合后光信號中的兩路相干耦合后光信號；其中，一路本振光信號對應(yīng)一路分光處理后初始光信號。

可選地，使用在本振光信號中占比為第五比例的本振光信號對一路包括時分復(fù)用的參考光信號和量子光信號的初始光信號進(jìn)行相干耦合和分光處理，得到兩路相干耦合后光信號，包括：

使用在本振光信號中占比為第五比例的本振光信號，對包括時分復(fù)用的參考光信號和量子光信號的初始光信號進(jìn)行相干耦合，并將進(jìn)行相干耦合后得到的光信號分為兩路，得到兩路第二相干后光信號；

對兩路第二相干后光信號中的每路第二相干后光信號進(jìn)行分光處理，得到兩個在每路第二相干后光信號中占比為第六比例的第二相干后光信號，以及兩個占比為第七比例的第二相干后光信號；其中第六比例與第七比例的和為1；

其中，兩個在每路第二相干后光信號中占比為第六比例的第二相干后光信 號為兩路相干耦合后光信號中的一路相干耦合后光信號；兩個在每路第二相干后光信號中占比為第七比例的第二相干后光信號為兩路相干耦合后光信號中的另一路相干耦合后光信號。

可選地，從至少一個第一電信號中確定出本振光信號和參考光信號之間的相位頻率信息，包括：

接收至少一個第一電信號，并對至少一個第一電信號中的每個第一電信號進(jìn)行采樣量化，得到參考信號采樣序列；每個第一相干耦合后光信號中包括的參考光信號在對應(yīng)的第一電信號中對應(yīng)的電信號幅值處于第一預(yù)設(shè)幅值范圍內(nèi)；

根據(jù)接收到的參考信號采樣序列，確定出本振光信號和參考光信號之間的相位頻率信息。

可選地，根據(jù)接收到的相位頻率信息，從至少一個第二電信號中恢復(fù)出原始密鑰，包括：

接收至少一個第二電信號，并對至少一個第二電信號中的每個第二電信號進(jìn)行采樣量化，得到量子信號采樣序列；每個第二相干耦合后光信號中包括的量子光信號在對應(yīng)的第二電信號中對應(yīng)的電信號幅值處于第二預(yù)設(shè)幅值范圍內(nèi)；

根據(jù)接收到的量子信號采樣序列，以及接收到的相位頻率信息，恢復(fù)出原始密鑰。

可選地，根據(jù)本振光信號，對接收到的傳輸光信號進(jìn)行分光處理和相干耦合，得到至少兩路相干耦合后光信號之前，還包括：

接收傳輸光信號，并將接收到的傳輸光信號的偏振態(tài)調(diào)整為固定值。

可選地，本振光信號包括用于對傳輸光信號中的參考光信號進(jìn)行擬合的第一本振光信號，以及用于對傳輸光信號中的量子光信號進(jìn)行擬合的第二本振光信號；

第一本振光信號的相位為預(yù)設(shè)的固定相位值中的一個；第二本振光信號的 相位為預(yù)設(shè)的固定相位值中的隨機(jī)值。

本發(fā)明實施例中，根據(jù)本振光信號，對接收到的傳輸光信號進(jìn)行分光處理和相干耦合，得到至少兩路相干耦合后光信號；其中，傳輸光信號中包括參考光信號和量子光信號；至少兩路相干耦合后光信號中包括至少一個第一相干耦合后光信號和至少一個第二相干耦合后光信號；每個第一相干耦合后光信號中至少包括參考光信號；每個第二相干耦合后光信號中至少包括量子光信號；對至少一個第一相干耦合后光信號進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換和放大，得到至少一個第一電信號；對至少一個第二相干耦合后光信號進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換和放大，得到至少一個第二電信號；從至少一個第一電信號中確定出本振光信號和參考光信號之間的相位頻率信息；根據(jù)接收到的相位頻率信息，從至少一個第二電信號中恢復(fù)出原始密鑰。由于傳輸光信號中包括參考光信號和量子光信號，而且通過本振光信號對傳輸光信號進(jìn)行分光處理和相干耦合，得到至少兩路相干耦合后光信號，進(jìn)而對包括參考光信號的第一相干耦合后光信號和包括量子光信號的第二相干耦合后光信號分別進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換和放大，得到第一電信號和第二電信號，進(jìn)而分別從第一電信號中得到本振光信號和參考光信號之間的相位頻率信息，以及根據(jù)相位頻率信息從第二電信號中恢復(fù)出原始密鑰，可見，該方案無需對發(fā)送裝置和接收裝置的兩路光纖長度差進(jìn)行嚴(yán)格的等長控制，降低了技術(shù)難度。

附圖說明

為了更清楚地說明本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案，下面將對實施例描述中所需要使用的附圖作簡要介紹。

圖1為現(xiàn)有技術(shù)中提供的一種量子通信適用的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2a為本發(fā)明實施例適用的一種系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2b為本發(fā)明實施例適用的一種系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3a為本發(fā)明實施例提供的一種原始密鑰恢復(fù)裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3b為本發(fā)明實施例提供的另一種原始密鑰恢復(fù)裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3c為本發(fā)明實施例提供的另一種原始密鑰恢復(fù)裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4a為本發(fā)明實施例提供的一種傳輸光信號的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4b為本發(fā)明實施例提供的另一種原始密鑰恢復(fù)裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4c為本發(fā)明實施例提供的另一種原始密鑰恢復(fù)裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5a為本發(fā)明實施例提供的另一種傳輸光信號的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5b為本發(fā)明實施例提供的另一種傳輸光信號的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5c為本發(fā)明實施例提供的另一種傳輸光信號的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5d為本發(fā)明實施例提供的另一種原始密鑰恢復(fù)裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5e為本發(fā)明實施例提供的另一種原始密鑰恢復(fù)裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5f為本發(fā)明實施例提供的另一種原始密鑰恢復(fù)裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5g為本發(fā)明實施例提供的另一種原始密鑰恢復(fù)裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖6為本發(fā)明實施例提供的一種原始密鑰恢復(fù)方法的流程示意圖。

具體實施方式

為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及有益效果更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實施例，對本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。

本發(fā)明實施例中，原始密鑰恢復(fù)裝置包括于接收裝置中，用于在接收裝置側(cè)通過更加簡單且準(zhǔn)確的方法，從接收到的量子光信號中恢復(fù)出原始密鑰。原始密鑰恢復(fù)裝置包括但不限于基站、站控制器、接入點(accesspoint，簡稱ap)、或任何其它類型的能夠在無線環(huán)境中工作的接口裝置。

圖2a示例性示出了本發(fā)明實施例適用的一種系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖，圖2b示例性示出了本發(fā)明實施例適用的另一種系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。

如圖2a所示，本發(fā)明實施例適用的系統(tǒng)架構(gòu)中節(jié)點a僅包括發(fā)送裝置1101，節(jié)點b僅包括接收裝置1102，接收裝置1102中包括原始密鑰恢復(fù)裝置1103。此系統(tǒng)架構(gòu)稱為單向系統(tǒng)架構(gòu)。節(jié)點a處的發(fā)送裝置1101將原始密鑰攜帶于量 子光信號中，并發(fā)送給接收裝置1102，接收裝置1102中包括的原始密鑰恢復(fù)裝置1103從該量子光信號中恢復(fù)出原始密鑰，進(jìn)而發(fā)送裝置1101和接收裝置1102從原始密鑰中通過協(xié)商確定出最終量子密鑰。進(jìn)一步，節(jié)點a處的發(fā)送裝置1101接收輸入的業(yè)務(wù)信息，使用最終量子密鑰對業(yè)務(wù)信息進(jìn)行加密過程，得到一個加密信號，向接收裝置1102發(fā)送該加密信號。接收裝置1102接收到該加密信號之后，使用相同的最終量子密鑰進(jìn)行解密過程，將該業(yè)務(wù)信息解密并輸出，并通過經(jīng)典信道向發(fā)送裝置1101發(fā)送信息。

具體實施中，業(yè)務(wù)通常是雙向的，比如語音、視頻通話等業(yè)務(wù)。在雙向進(jìn)行的業(yè)務(wù)中，每個節(jié)點都需要加密和解密處理，相應(yīng)地每個節(jié)點都需要一套qkd系統(tǒng)。如圖2b所示，本發(fā)明實施例適用的系統(tǒng)架構(gòu)中節(jié)點a包括發(fā)送裝置1201和接收裝置1203，接收裝置1203中包括原始密鑰恢復(fù)裝置1205。節(jié)點b包括接收裝置1202和發(fā)送裝置1204，接收裝置1202中也包括一個原始密鑰恢復(fù)裝置1206。發(fā)送裝置1201和接收裝置1202是一對，發(fā)送裝置1204和接收裝置1203是一對。此系統(tǒng)架構(gòu)稱為雙向系統(tǒng)架構(gòu)。該系統(tǒng)架構(gòu)下可實現(xiàn)多種信息傳輸方式，以發(fā)送裝置1201和接收裝置1202這一對為例進(jìn)行介紹，比如：

節(jié)點a處的發(fā)送裝置1201將原始密鑰攜帶于量子光信號中，并發(fā)送給接收裝置1202，接收裝置1202的原始密鑰恢復(fù)裝置1206從該量子光信號中恢復(fù)出原始密鑰，進(jìn)而發(fā)送裝置1201和接收裝置1202從原始密鑰中通過協(xié)商確定出最終量子密鑰。

節(jié)點a處的發(fā)送裝置1201使用最終量子密鑰對接收到的業(yè)務(wù)信息進(jìn)行加密，進(jìn)而向節(jié)點b處的接收裝置1202發(fā)送該加密后的業(yè)務(wù)信息。接收裝置1202使用相同的最終量子密鑰進(jìn)行解密，并輸出該業(yè)務(wù)信息。接收裝置1202通過經(jīng)典信道向發(fā)送裝置1201發(fā)送信息。或者接收裝置1202通過發(fā)送裝置1204和接收裝置1203向發(fā)送裝置1201反饋信息。

本發(fā)明實施例適用于qkd技術(shù)。qkd技術(shù)包括離散變量量子密鑰分配(discretevariable-quantumkeydistribution，簡稱dv-qkd)和連續(xù)變量量子 密鑰分配(continuousvariable-quantumkeydistribution，簡稱cv-qkd)。cv-qkd由于其不需要工作于低溫的單光子探測器，因而在工程中受到了更廣泛的應(yīng)用，因此本發(fā)明實施例優(yōu)選地適用于cv-qkd技術(shù)。

本發(fā)明實施例中所提到的相干耦合、光電轉(zhuǎn)換和放大都是相干通信的技術(shù)術(shù)語。本發(fā)明實施例中，相干通信的工作原理具體為：發(fā)送裝置采用外調(diào)制方式將信號調(diào)制到光載波上進(jìn)行傳輸。當(dāng)發(fā)送裝置的傳輸光信號傳輸至接收裝置時，接收裝置將接收到的傳輸光信號與一個本振光信號進(jìn)行相干耦合，然后由平衡探測器進(jìn)行探測，也可描述為使用平衡接收機(jī)進(jìn)行探測。相干光通信根據(jù)本振光信號的頻率與傳輸光信號的頻率不等或相等，可分為外差檢測和零差檢測。

基于上述系統(tǒng)架構(gòu)，針對接收裝置如何從量子光信號中恢復(fù)出原始密鑰這一重要問題，提供一種可能的解決方案：

發(fā)送裝置向接收裝置發(fā)送傳輸光信號，傳輸光信號中包括時分復(fù)用的參考光信號和量子光信號。接收裝置接收到該傳輸光信號之后，接收裝置通過相干通信技術(shù)，使用一個本振光信號對傳輸光信號進(jìn)行相干耦合和探測，之后將該進(jìn)行相干耦合和探測的光信號通過光電轉(zhuǎn)換技術(shù)轉(zhuǎn)換為電信號，并將該電信號進(jìn)行放大，將放大后的電信號輸入至模數(shù)轉(zhuǎn)換器(analog-to-digitalconverter，簡稱adc)中，從而可從該電信號中參考光信號的對應(yīng)部分確定出本振光信號和參考光信號之間的相位頻率信息，之后依據(jù)該相位頻率信息，又從該電信號中量子光信號的對應(yīng)部分恢復(fù)出原始密鑰。

申請人發(fā)現(xiàn)，該解決方案中，一方面，為了從傳輸光信號的量子光信號中恢復(fù)出原始密鑰，需要采用高精度adc對放大后的電信號中的量子光信號對應(yīng)部分做高位寬采樣量化。即，為了保證adc能夠從放大后的電信號中的量子光信號對應(yīng)部分恢復(fù)出原始密鑰，需要保證放大后的電信號中的量子光信號對應(yīng)部分的電信號幅度與該adc的預(yù)設(shè)幅度范圍匹配。另一方面，為了從傳輸光信號的參考光信號中確定出本振光信號和參考光信號之間的相位頻率信息，需要 保證放大后的電信號中的參考光信號對應(yīng)部分的電信號的幅度與該adc的預(yù)設(shè)幅度范圍匹配。

可見，上述解決方案中，將轉(zhuǎn)換為電信號的光信號放大m倍，m為大于零的數(shù)，此時，轉(zhuǎn)換為電信號中的量子光信號和參考光信號中的對應(yīng)部分均被放大m倍。一種情況下，將m設(shè)置為一個較大的數(shù)，以保證放大后的電信號中的量子光信號的幅度與該adc的預(yù)設(shè)幅度范圍匹配，此時由于光信號中包括的參考光信號的光強(qiáng)度原本就比量子光信號的光強(qiáng)度高很多，因此，此時放大后的電信號中的參考光信號對應(yīng)部分處于飽和態(tài)，位于參考光信號上的相位頻率信息和頻率信息會丟失，從而無法從參考光信號中確定出本振光信號和參考光信號之間的相位頻率信息。另一種情況下，將m設(shè)置為一個較小的數(shù)，以保證放大后的電信號中的參考光信號的幅度與該adc的預(yù)設(shè)幅度范圍匹配，此時由于光信號中包括的參考光信號的光強(qiáng)度原本就比量子光信號的光強(qiáng)度高很多，因此，此時放大后的電信號中的量子光信號是一個極弱的信號，從而無法從量子光信號中恢復(fù)出原始密鑰。

針對上述問題，本發(fā)明實施例提供一種原始密鑰恢復(fù)裝置與方法，由于傳輸光信號中包括參考光信號和量子光信號，而且通過本振光信號對傳輸光信號進(jìn)行分光處理和相干耦合，得到至少兩路相干耦合后光信號，進(jìn)而對包括參考光信號的第一相干耦合后光信號和包括量子光信號的第二相干耦合后光信號分別進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換和放大，得到第一電信號和第二電信號，進(jìn)而分別從第一電信號中得到本振光信號和參考光信號之間的相位頻率信息，以及根據(jù)相位頻率信息從第二電信號中恢復(fù)出原始密鑰。也就是說，可以將第一相干耦合后光信號和第二相干耦合后光信號分別進(jìn)行放大，此時將第一相干耦合后光信號對應(yīng)的放大倍數(shù)調(diào)小，以使從第一電信號中確定出本振光信號和參考光信號之間的相位頻率信息；將第二相干耦合后光信號對應(yīng)的放大倍數(shù)調(diào)大，以使從至少一個第二電信號中恢復(fù)出原始密鑰。可見，本發(fā)明實施例中所提供的方法成功解決了上述解決方案中出現(xiàn)的問題。下面將對本發(fā)明實施例進(jìn)行更加詳細(xì)的描述。

圖3a示例性示出了本發(fā)明實施例提供的一種原始密鑰恢復(fù)裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。

基于上述系統(tǒng)架構(gòu)以及相關(guān)論述，如圖3a所示，本發(fā)明實施例提供的一種原始密鑰恢復(fù)裝置，包括相干耦合單元3101，以及與相干耦合單元3101連接的參考光平衡探測單元3102和量子光平衡探測單元3103，與參考光平衡探測單元3102連接的載波恢復(fù)單元3104，與量子光平衡探測單元3103連接的密鑰恢復(fù)單元3105；載波恢復(fù)單元3104與密鑰恢復(fù)單元3105連接：

相干耦合單元3101，用于根據(jù)本振光信號，對接收到的傳輸光信號進(jìn)行分光處理和相干耦合，得到至少兩路相干耦合后光信號；其中，傳輸光信號中包括參考光信號和量子光信號；至少兩路相干耦合后光信號中包括至少一個第一相干耦合后光信號和至少一個第二相干耦合后光信號；每個第一相干耦合后光信號中至少包括參考光信號；每個第二相干耦合后光信號中至少包括量子光信號；傳輸光信號具體是指發(fā)送裝置向接收裝置所傳輸?shù)墓庑盘枺?/p>

參考光平衡探測單元3102，用于對至少一個第一相干耦合后光信號進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換和放大，得到至少一個第一電信號，并將至少一個第一電信號傳輸給載波恢復(fù)單元3104；可選地，參考光平衡探測單元3102可包括參考光平衡探測器，或者包括參考光平衡探測接收機(jī)；

量子光平衡探測單元3103，用于對至少一個第二相干耦合后光信號進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換和放大，得到至少一個第二電信號，并將至少一個第二電信號傳輸給密鑰恢復(fù)單元3105；可選地，量子光平衡探測單元3103可包括量子光平衡探測器，或者包括量子光平衡探測接收機(jī)；

載波恢復(fù)單元3104，用于從至少一個第一電信號中確定出本振光信號和參考光信號之間的相位頻率信息，并將相位頻率信息發(fā)送給密鑰恢復(fù)單元3105；可選地，相位頻率信息可包括本振光信號和參考光信號之間的相位差和頻率差等信息；

密鑰恢復(fù)單元3105，用于根據(jù)接收到的相位頻率信息，從至少一個第二電 信號中恢復(fù)出原始密鑰。

具體來說，本發(fā)明實施例中密鑰恢復(fù)單元3105根據(jù)接收到的相位頻率信息，從第二電信號中恢復(fù)出原始密鑰的工作原理為：經(jīng)過探測得到參考光信號和本振光信號之間的相位頻率信息，比如相位差，之后將參考光信號和本振光信號之間的相位頻率信息發(fā)送給本振單元，以使本振單元根據(jù)參考光信號和本振光信號之間的相位頻率信息估算出量子光信號和本振光信號之間的估算相位頻率信息，進(jìn)而使用量子光信號和本振光信號之間的估算相位頻率信息對用于對量子光信號進(jìn)行相干耦合的本振光信號進(jìn)行調(diào)制相位補(bǔ)償，并使用調(diào)制后的本振光信號與量子光信號進(jìn)行相干耦合，密鑰恢復(fù)單元進(jìn)一步結(jié)合載波恢復(fù)單元反饋的相位頻率信息進(jìn)行補(bǔ)償，從相干耦合后的量子光信號中恢復(fù)出原始密鑰。

本發(fā)明實施例中由于傳輸光信號中包括參考光信號和量子光信號，而且通過本振光信號對傳輸光信號進(jìn)行分光處理和相干耦合，得到至少兩路相干耦合后光信號，進(jìn)而對包括參考光信號的第一相干耦合后光信號和包括量子光信號的第二相干耦合后光信號分別進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換和放大，得到第一電信號和第二電信號，進(jìn)而分別從第一電信號中得到本振光信號和參考光信號之間的相位頻率信息，以及根據(jù)相位頻率信息從第二電信號中恢復(fù)出原始密鑰。

可選地，參考光平衡探測單元所包括的跨阻放大器的放大倍數(shù)小于量子光平衡探測單元所包括的跨阻放大器的放大倍數(shù)。

可選地，所述參考光平衡探測單元的帶寬，高于所述量子光平衡探測單元的帶寬；所述參考光平衡探測單元的增益，低于所述量子光平衡探測單元的增益。

本發(fā)明實施例中，可以將第一相干耦合后光信號和第二相干耦合后光信號分別進(jìn)行放大，此時將第一相干耦合后光信號對應(yīng)的放大倍數(shù)調(diào)小，以使從第一電信號中確定出本振光信號和參考光信號之間的相位頻率信息；將第二相干耦合后光信號對應(yīng)的放大倍數(shù)調(diào)大，以使從至少一個第二電信號中恢復(fù)出原始密鑰。從而，可更加精確的根據(jù)第一相干耦合后光信號，從參考光信號中恢復(fù) 出相位頻率信息，也可更加精確的根據(jù)第二相干耦合后光信號，從量子光信號中恢復(fù)出原始密鑰。

圖3b示例性示出了本發(fā)明實施例提供的另一種原始密鑰恢復(fù)裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。如圖3b所示，原始密鑰恢復(fù)裝置除了包括相干耦合單元3101，以及與相干耦合單元3101連接的參考光平衡探測單元3102和量子光平衡探測單元3103，與參考光平衡探測單元3102連接的載波恢復(fù)單元3104，與量子光平衡探測單元3103連接的密鑰恢復(fù)單元3105之外，還包括與載波恢復(fù)單元3104和相干耦合單元3101連接的本振單元3201，用于：

接收載波恢復(fù)單元發(fā)送的相位頻率信息；根據(jù)接收到的相位頻率信息，生成本振光信號，并將本振光信號發(fā)送給相干耦合單元。

可選地，本振光信號包括用于對傳輸光信號中的參考光信號進(jìn)行擬合的第一本振光信號，以及用于對傳輸光信號中的量子光信號進(jìn)行擬合的第二本振光信號；第一本振光信號的相位為預(yù)設(shè)的固定相位值中的一個；第二本振光信號的相位為預(yù)設(shè)的固定相位值中的隨機(jī)值。

圖3c示例性示出了本發(fā)明實施例提供的另一種原始密鑰恢復(fù)裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。如圖3c所示，原始密鑰恢復(fù)裝置除了包括相干耦合單元3101，以及與相干耦合單元3101連接的參考光平衡探測單元3102和量子光平衡探測單元3103，與參考光平衡探測單元3102連接的載波恢復(fù)單元3104，與量子光平衡探測單元3103連接的密鑰恢復(fù)單元3105之外，還包括與相干耦合單元3101連接的偏振控制單元3301，用于接收傳輸光信號，并將接收到的傳輸光信號的偏振態(tài)調(diào)整為固定值；將偏振態(tài)為固定值的傳輸光信號發(fā)送給相干耦合單元。

具體來說，發(fā)送裝置通過光纖向原始密鑰恢復(fù)裝置傳輸一個傳輸光信號，該傳輸光信號先進(jìn)入到偏振控制單元3301中，進(jìn)入到該偏振控制單元3301中的傳輸光信號的偏振狀態(tài)是實時變化的，此時，通過偏振控制單元3301，可實時跟蹤并調(diào)整該傳輸光信號的偏振狀態(tài)，以使輸出至相干耦合單元3101的傳輸光信號具有確定的偏振狀態(tài)，進(jìn)而保證輸出至相干耦合單元3101的傳輸光信號 與本振光信號的偏振態(tài)完全一致?？蛇x地，偏振控制單元3301可為動態(tài)偏振控制器。

圖3c示例性示出了本發(fā)明實施例提供的另一種原始密鑰恢復(fù)裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。如圖3c所示，在圖3a的基礎(chǔ)上增加了一種可能的載波恢復(fù)單元的內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖，以及密鑰恢復(fù)單元的內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖。

如圖3c所示，載波恢復(fù)單元3104包括與參考光平衡探測單元3102連接的第一adc單元3302，和與第一adc單元3302連接的第一處理單元3303；

第一adc單元3302，用于接收至少一個第一電信號，并對至少一個第一電信號中的每個第一電信號進(jìn)行采樣量化，得到參考信號采樣序列，并將參考信號采樣序列發(fā)送給第一處理單元3303；每個第一相干耦合后光信號中包括的參考光信號在對應(yīng)的第一電信號中對應(yīng)的電信號幅值處于第一adc單元3302的第一預(yù)設(shè)幅值范圍內(nèi)；

第一處理單元3303，根據(jù)接收到的參考信號采樣序列，確定出本振光信號和參考光信號之間的相位頻率信息，并將相位頻率信息發(fā)送給密鑰恢復(fù)單元3105。

如圖3c所示，密鑰恢復(fù)單元3105包括與量子光平衡探測單元3103連接的第二adc單元3304，和與第二adc單元3304連接的第二處理單元3305；可選地，第一處理單元3303與第二處理單元3305連接；

第二adc單元3304，用于接收至少一個第二電信號，并對至少一個第二電信號中的每個第二電信號進(jìn)行采樣量化，得到量子信號采樣序列，并將量子信號采樣序列發(fā)送給第二處理單元3305；每個第二相干耦合后光信號中包括的量子光信號在對應(yīng)的第二電信號中對應(yīng)的電信號幅值處于第二adc單元3304的第二預(yù)設(shè)幅值范圍內(nèi)；

第二處理單元3305，根據(jù)接收到的量子信號采樣序列，以及接收到的相位頻率信息，恢復(fù)出原始密鑰。

具體實施中，第一adc單元3302可包括一個或多個adc，第二adc單 元3304可包括一個或多個adc。第一adc單元3302的第一預(yù)設(shè)幅值范圍為第一adc單元3302中包括的adc可以進(jìn)行采樣量化的一個幅值范圍，第二adc單元3304的第二預(yù)設(shè)幅值范圍為第二adc單元3304中包括的adc可以進(jìn)行采樣量化的一個幅值范圍。

本發(fā)明實施例中，發(fā)送裝置所發(fā)送的光信號可通過一個偏振態(tài)發(fā)送，也可通過多個偏振態(tài)發(fā)送，針對不同的情況，本發(fā)明實施例分別對原始密鑰恢復(fù)裝置進(jìn)行介紹。

情況一：傳輸光信號通過一個偏振態(tài)傳輸。

若傳輸光信號通過一個偏振態(tài)傳輸，則傳輸光信號包括時分復(fù)用的參考光信號和量子光信號。圖4a示例性示出了本發(fā)明實施例提供的一種傳輸光信號的結(jié)構(gòu)示意圖。如圖4a所示，橫坐標(biāo)為時間軸4101，縱坐標(biāo)為光強(qiáng)度4102，可選地，在時間上間隔發(fā)送量子光信號4103和參考光信號4104。可選地，也可連續(xù)發(fā)送幾個參考光信號4104之后發(fā)送一個量子光信號4103，或者連續(xù)發(fā)送幾個量子光信號4103之后再發(fā)送一個參考光信號4104，本發(fā)明實施例中對時分復(fù)用的參考光信號和量子光信號的具體形式不做限制。

在傳輸光信號通過一個偏振態(tài)傳輸時，相干耦合單元可包括多種形式，下面列舉以下實施例a1和實施例a2兩個可選地的實施例。

實施例a1

可選地，若傳輸光信號通過一個偏振態(tài)傳輸，則傳輸光信號包括時分復(fù)用的參考光信號和量子光信號；且相干耦合單元包括第一分光單元，以及與第一分光單元連接的第一耦合單元和第二耦合單元，第一耦合單元與參考光平衡探測單元連接，第二耦合單元與量子光平衡探測單元連接：

本振單元，具體用于：

將本振光信號分為兩路第一子本振光信號，并將兩路第一子本振光信號分別發(fā)送給第一耦合單元和第二耦合單元；

第一分光單元，用于接收傳輸光信號，將傳輸光信號進(jìn)行分光處理，得到 兩路分光處理后光信號，并將兩路分光處理后光信號分別輸入給第一耦合單元和第二耦合單元；

第一耦合單元，用于使用接收到的兩路第一子本振光信號中的一路第一子本振光信號對接收到的兩路分光處理后光信號中的一路分光處理后光信號進(jìn)行相干耦合，得到至少兩路相干耦合后光信號中的一路相干耦合后光信號；

第二耦合單元，用于使用接收到的兩路第一子本振光信號中的另一路第一子本振光信號對接收到的兩路分光處理后光信號中的另一路分光處理后光信號進(jìn)行相干耦合，得到至少兩路相干耦合后光信號中的另一路相干耦合后光信號。

為了更清楚的介紹實施例a1的具體原始密鑰恢復(fù)裝置的結(jié)構(gòu)，以及工作原理，圖4b示例性示出了本發(fā)明實施例提供的一種原始密鑰恢復(fù)裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。如圖4b所示，相干耦合單元3101包括第一分光單元4206，以及與第一分光單元4206連接的第一耦合單元4207和第二耦合單元4208，第一耦合單元4207與參考光平衡探測單元3102連接，第二耦合單元4208與量子光平衡探測單元3103連接。

具體來說，第一分光單元4206的輸入端連接偏振控制單元301，第一分光單元4206的兩個輸出端分別連接第一耦合單元4207和第二耦合單元4208，第一耦合單元4207的兩個輸入端分別連接第一分光單元4206和本振單元3201中的本振分光單元4205，第二耦合單元4208的兩個輸入端分別連接第一分光單元4206和本振單元3201中的本振分光單元4205。第一耦合單元4207的兩個輸出端分別連接參考光平衡探測單元3102，第二耦合單元4208的兩個輸出端分別連接量子光平衡探測單元3103?？蛇x地，第一耦合單元4207和第二耦合單元4208均可為2:2的耦合器，第一分光單元4206可為一個分光器。

如圖4b所示，本振單元3201包括本振激光器4201，與本振激光器4201連接的脈沖整形調(diào)制器4202、與脈沖整形調(diào)制器4202連接的相位調(diào)制器4204，以及同時與相位調(diào)制器4204和脈沖整形調(diào)制器4202連接的信號產(chǎn)生器4203；信號產(chǎn)生器4203與載波恢復(fù)單元3104中的第一處理單元3303連接；本振單元 3201中還包括本振分光單元4205，本振分光單元4205一端與相位調(diào)制器4204連接，另一端與第一耦合單元4207和第二耦合單元4208連接。本振分光單元4205可為一個分光器。

下面基于圖4b所示的原始密鑰恢復(fù)裝置的結(jié)構(gòu)示意圖，詳細(xì)描述原始密鑰恢復(fù)裝置的工作流程。

如圖4b所示，發(fā)送裝置通過光纖向原始密鑰恢復(fù)裝置傳輸一個傳輸光信號，該傳輸光信號先進(jìn)入到偏振控制單元3301中，偏振控制單元3301，實時跟蹤并調(diào)整該傳輸光信號的偏振狀態(tài)，以使輸出至第一分光單元4206的傳輸光信號具有確定的偏振狀態(tài)，進(jìn)而保證輸出至第一分光單元4206的傳輸光信號與本振光信號的偏振態(tài)完全一致。偏振控制單元3301將偏振態(tài)固定的傳輸光信號輸入至第一分光單元4206的一個輸入端中。

本振激光器4201向脈沖整形調(diào)制器4202輸出連續(xù)的本振光脈沖，脈沖整形調(diào)制器4202對接收到的連續(xù)的本振光脈沖進(jìn)行調(diào)制，并向相位調(diào)制器4204輸出脈沖光，相位調(diào)制器4204對接收到的脈沖光進(jìn)行進(jìn)一步的相位調(diào)制后，向本振分光單元輸出帶相位頻率信息的本振光信號，由于相干耦合單元包括第一耦合單元4207和第二耦合單元4208，第一耦合單元4207和第二耦合單元4208需要分別進(jìn)行相干耦合的操作，因此第一耦合單元4207和第二耦合單元4208均需要本振光信號，基于此，本振分光單元將接收到的本振光信號分為兩路第一子本振光信號，并將兩路第一子本振光信號分別發(fā)送給第一耦合單元4207和第二耦合單元4208。

具體來說，本振單元3201僅僅需要輸出一個本振光信號時，本振單元通過本振單元3201的相位調(diào)制器4204直接向相干耦合單元3101輸出一個本振光信號即可。如果本振單元3201需要輸出多個子本振光信號，則本振單元3201的相位調(diào)制器4204需要連接本振分光單元4205，本振分光單元4205連接相干耦合單元3101，此時，本振單元3201的相位調(diào)制器4204將本振光信號輸出給本振分光單元4205，本振分光單元4205將本振光信號信號分為多個子本振光信 號，之后并將分開的多個子本振光信號輸出給相干耦合單元3101。具體來說，本振單元3201中的本振分光單元4205將子本振光信號傳輸給相干耦合單元3101中的耦合器。

舉個例子，比如第一分光器將接收到的偏振控制單元3301輸入的傳輸光信號分為在該傳輸光信號中占比10％的傳輸光信號和占比90％的傳輸光信號，則本振分光單元將接收到的相位調(diào)制器4204輸入的本振光信號也分為兩路第一子本振光信號，其中一路第一子本振光信號在該本振光信號中占比10％，另一路第一子本振光信號在該本振光信號中占比90％?？蛇x地，本振分光單元的分光比例也可與第一分光器的分光比例不同，本發(fā)明實施例中不做具體限制。

信號產(chǎn)生器4203用于生成輸入到脈沖整形調(diào)制器4202的電脈沖信號，以及輸入到相位調(diào)制器4204的相位調(diào)制信號，以使脈沖整形調(diào)制器4202根據(jù)接收到的電脈沖信號對接收到的連續(xù)的本振光脈沖進(jìn)行調(diào)制，相位調(diào)制器4204根據(jù)接收到的相位調(diào)制信號對接收到的脈沖光進(jìn)行相位調(diào)制。

可選地，偏振控制單元3301接收到的傳輸光信號中包括參考光信號和量子光信號，第一耦合單元4207和第二耦合單元4208分別使用兩路第一子本振光信號對傳輸光信號進(jìn)行擬合時，針對兩路第一子本振光信號中的每路第一子本振光信號，每路第一子本振光信號中均包括用于對傳輸光信號中的參考光信號進(jìn)行擬合的第一本振光信號，以及用于對傳輸光信號中的量子光信號進(jìn)行擬合的第二本振光信號。也就是說，本振單元3201的相位調(diào)制器4204所輸出的本振光信號包括時分復(fù)用的第一本振光信號和第二本振光信號。

第一本振光信號的相位為預(yù)設(shè)的固定相位值中的一個；第二本振光信號的相位為預(yù)設(shè)的固定相位值中的隨機(jī)值。預(yù)設(shè)的固定相位值比如可為0和π/2。第一本振光信號的相位為預(yù)設(shè)的固定相位值中的一個具體是指第一本振光信號的相位均為0，或者均為π/2；第二本振光信號的相位為預(yù)設(shè)的固定相位值中的隨機(jī)值具體是指第二本振光信號的相位此刻可為0，下一個時間可為π/2，或者下一個時間內(nèi)又為0。

具體來說，第一本振光信號的相位為預(yù)設(shè)的固定相位值中的一個，可使得在2:2耦合器輸入端的偏振控制單元3301所輸入的光信號和第一本振光信號之間保持一個固定的差值，比如固定為0或固定為π/2。第二本振光信號的相位為預(yù)設(shè)的固定相位值中的隨機(jī)值，可使得在2:2耦合器輸入端的偏振控制單元3301所輸入的光信號和第二本振光信號之間的相位差為0和π/2中的隨機(jī)數(shù)，0和π/2對應(yīng)不同的測量基。

進(jìn)一步，理想情況下本振單元3201所輸出的本振光信號和相干耦合單元所接收的傳輸光信號是同頻同相的，但是實際運行的系統(tǒng)中，本振單元3201和產(chǎn)生傳輸光信號的發(fā)送裝置分處于兩地，其輸出頻率是分別進(jìn)行控制，無法保證其頻率完全相同，更無法保證其相位完全一樣。同時受限外部環(huán)境溫度的變化，會導(dǎo)致光纖長度產(chǎn)生變化，進(jìn)而使系統(tǒng)不可避免發(fā)生擾動，產(chǎn)生新的相位差。為了保證在相干耦合單元的輸入端所接收到的本振光信號和偏振控制單元3301所輸入的傳輸光信號之間的相位關(guān)系，本振單元3201中的信號產(chǎn)生器4203需要接收載波恢復(fù)單元3104中的第一處理單元3303所輸出的同步時鐘參數(shù)，以及相位頻率信息，比如相位補(bǔ)償參數(shù)，進(jìn)而由信號產(chǎn)生器4203實時調(diào)整輸入到脈沖整形調(diào)制器4202的電脈沖信號，以及輸入到相位調(diào)制器4204的相位調(diào)制信號，進(jìn)而達(dá)到實時調(diào)整輸入至相干耦合單元中的本振光信號的相位頻率信息的目的。

第一分光單元4206接收傳輸光信號，將傳輸光信號進(jìn)行分光處理，得到兩路分光處理后光信號，并將兩路分光處理后光信號分別輸入給第一耦合單元4207和第二耦合單元4208。

可選地，由于量子光信號是一個極其弱的光信號，在整個傳送鏈路的插損值嚴(yán)重影響其傳送距離，因此，較佳的，在保證參考光信號進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換、放大后能夠正常采樣并恢復(fù)出準(zhǔn)確的相位頻率信息的前提下，可盡量提高輸入到量子光平衡探測單元3103的光強(qiáng)比例。比如，第一分光單元4206將接收到的傳輸光信號分為在傳輸光信號中占比為20％的傳輸光信號，和占比為80％的傳 輸光信號，并將占比為20％的傳輸光信號發(fā)送給第一耦合單元4207，將占比為80％的傳輸光信號發(fā)送給第二耦合單元4208。

第一耦合單元4207，使用接收到的兩路第一子本振光信號中的一路第一子本振光信號對接收到的兩路分光處理后光信號中的一路分光處理后光信號進(jìn)行相干耦合，得到一路相干耦合后光信號。

第二耦合單元4208，用于使用接收到的兩路第一子本振光信號中的另一路第一子本振光信號對接收到的兩路分光處理后光信號中的另一路分光處理后光信號進(jìn)行相干耦合，得到另一路相干耦合后光信號。

此時，可看出，由于傳輸光信號通過一個偏振態(tài)進(jìn)行傳輸，且該傳輸光信號中包括時分復(fù)用的參考光信號和量子光信號，又由于每個第一相干耦合后光信號中至少包括參考光信號；每個第二相干耦合后光信號中至少包括量子光信號，因此此時第一耦合單元4207所輸出的相干耦合后光信號中包括參考光信號和量子光信號，第二耦合單元4208所輸出的相干耦合后光信號中也包括參考光信號和量子光信號。此時若將第一耦合單元4207所輸出的相干耦合后光信號作為第一相干耦合后光信號，則第二耦合單元4208所輸出的相干耦合后光信號即作為第二相干耦合后光信號。

參考光平衡探測單元3102對接收到的第一相干耦合后光信號進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換和放大，由于發(fā)送裝置所發(fā)送的光信號中的參考光信號的光強(qiáng)度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于量子光信號的光強(qiáng)度，通常參考光平衡探測單元3102內(nèi)的跨阻放大器的放大倍數(shù)處于較小值，以保證參考光平衡探測單元3102對轉(zhuǎn)換后的電信號進(jìn)行跨阻放大后，所輸出的第一電信號的幅度處于第一adc單元3302的預(yù)設(shè)幅度范圍內(nèi)，從而使第一adc單元3302對第一電信號準(zhǔn)確地采樣量化，此時，參考光信號在對應(yīng)的第一電信號中對應(yīng)的電信號幅值處于第一adc單元3302的第一預(yù)設(shè)幅值范圍內(nèi)，但是量子光信號在對應(yīng)的第一電信號中對應(yīng)的電信號幅值非常微弱，即第一adc單元3302無法從第一電信號中通過采樣量化提取原始密鑰。

量子光平衡探測單元3103對接收到的第二相干耦合后光信號進(jìn)行光電轉(zhuǎn) 換和放大，由于發(fā)送裝置所發(fā)送的光信號中的參考光信號的光強(qiáng)度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于量子光信號的光強(qiáng)度，通常參考光平衡探測單元3102內(nèi)的跨阻放大器的放大倍數(shù)處于較大值，以保證量子光平衡探測單元3103對轉(zhuǎn)換后的電信號進(jìn)行跨阻放大后，所輸出的第二電信號的幅度處于第二adc單元3304的第二預(yù)設(shè)幅度范圍內(nèi)，從而使第二adc單元3304對第二電信號準(zhǔn)確地采樣量化，此時，量子光信號在對應(yīng)的第二電信號中對應(yīng)的電信號幅值處于第二adc單元3304的第二預(yù)設(shè)幅值范圍內(nèi)，但是參考光信號在對應(yīng)的第二電信號中對應(yīng)的電信號幅值非常強(qiáng)，受跨阻放大器(trans-impedanceamplifier，簡稱tia)輸出最大值限制，已經(jīng)工作在飽和狀態(tài)，即第二adc單元3304無法從第二電信號中通過采樣量化從參考光信號中提取出相位頻率信息。

第一adc單元3302接收參考光平衡探測單元3102輸出的第一電信號，并對接收到的第一電信號進(jìn)行采樣量化，向載波恢復(fù)單元3104中的第一處理單元3303輸出參考信號采樣序列；載波恢復(fù)單元3104的第一處理單元3303從參考信號采樣序列中確定出本振光信號和參考光信號之間的相位頻率信息?？蛇x地，載波恢復(fù)單元3104的第一處理單元3303從參考信號采樣序列中確定出參考光信號的時鐘周期信息等。

第二adc單元3304對接收到的第二電信號進(jìn)行采樣量化，向載波恢復(fù)單元3104中的第二處理單元3305輸出量子信號采樣序列；密鑰恢復(fù)單元3105的第二處理單元3305根據(jù)接收到的相位頻率信息，從量子信號采樣序列中恢復(fù)出原始密鑰。具體實施中，密鑰恢復(fù)單元3105根據(jù)載波恢復(fù)單元3104輸入的相位頻率信息計算并補(bǔ)償接收到的量子信號采樣序列，從而從量子信號采樣序列中恢復(fù)出原始密鑰。可選地，本發(fā)明實施例中由于參考光信號和量子光信號不是在同一個耦合器中進(jìn)行干涉，因此，在第一耦合器和第二耦合器分別輸出的耦合后光信號之間會存在一個固定的相位差值，在進(jìn)行原始密鑰恢復(fù)時，需要把這個固定的相位差值考慮進(jìn)去。

實施例a2

若傳輸光信號通過一個偏振態(tài)傳輸，則傳輸光信號包括時分復(fù)用的參考光信號和量子光信號；且相干耦合單元包括第三耦合單元，以及與第三耦合單元連接的第二分光單元和第三分光單元，第二分光單元連接參考光平衡探測單元和量子光平衡探測單元，第三分光單元連接參考光平衡探測單元和量子光平衡探測單元：

第三耦合單元，用于使用本振光信號對傳輸光信號進(jìn)行相干耦合，并將進(jìn)行相干耦合后得到的光信號分為兩路，得到兩路第一相干后光信號，并將兩路第一相干后光信號分別輸入給第二分光單元和第三分光單元；

第二分光單元，用于將接收到的兩路第一相干后光信號中的一路第一相干后光信號進(jìn)行分光處理，得到一個在該路第一相干后光信號中占比為第一比例的第一相干后光信號，以及一個占比為第二比例的第一相干后光信號；其中第一比例與第二比例的和為1；

第三分光單元，用于將接收到的兩路第一相干后光信號中的另一路第一相干后光信號進(jìn)行分光處理，得到一個在該路第一相干后光信號中占比為第一比例的第一相干后光信號，以及一個占比為第二比例的第一相干后光信號；

其中，兩個在每路第一相干后光信號中占比為第一比例的第一相干后光信號作為兩路相干耦合后光信號中的一路相干耦合后光信號，兩個在每路第一相干后光信號中占比為第二比例的第一相干后光信號作為兩路相干耦合后光信號中的另一路相干耦合后光信號。

為了更清楚的介紹實施例a2的具體原始密鑰恢復(fù)裝置的結(jié)構(gòu)，以及工作原理，圖4c示例性示出了本發(fā)明實施例提供的一種原始密鑰恢復(fù)裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。如圖4c所示，相干耦合單元3101包括第三耦合單元4301，以及與第三耦合單元4301連接的第二分光單元4302和第三分光單元4303，第二分光單元4302連接參考光平衡探測單元3102和量子光平衡探測單元3103，第三分光單元4303連接參考光平衡探測單元3102和量子光平衡探測單元3103：

具體來說，第三耦合單元4301的兩個輸入端分別連接偏振控制單元3301 和本振單元3201中的相位調(diào)制器4204，第三耦合單元4301的兩個輸出端分別連接第二分光單元4302和第三分光單元4303。第二分光單元4302的兩個輸出端分別連接參考光平衡探測單元3102和量子光平衡探測單元3103，第三分光單元4303的兩個輸出端分別連接參考光平衡探測單元3102和量子光平衡探測單元3103?？蛇x地，第三耦合單元4301可為2:2的耦合器，第二分光單元4302可為一個分光器，第三分光單元4303可為一個分光器?？蛇x地，第二分光單元4302和第三分光單元4303的分光比例相同。

如圖4c所示，本振單元3201包括本振激光器4201，與本振激光器4201連接的脈沖整形調(diào)制器4202、與脈沖整形調(diào)制器4202連接的相位調(diào)制器4204，以及同時與相位調(diào)制器4204和脈沖整形調(diào)制器4202連接的信號產(chǎn)生器4203；信號產(chǎn)生器4203與載波恢復(fù)單元3104中的第一處理單元3303連接。

下面基于圖4c所示的原始密鑰恢復(fù)裝置的結(jié)構(gòu)示意圖，詳細(xì)描述原始密鑰恢復(fù)裝置的工作流程。

如圖4c所示，發(fā)送裝置通過光纖向原始密鑰恢復(fù)裝置傳輸一個傳輸光信號，該傳輸光信號先進(jìn)入到偏振控制單元3301中，偏振控制單元3301將偏振態(tài)固定的傳輸光信號輸入至第三耦合單元4301的一個輸入端中。

圖4c中的本振單元3201與圖4b中相比，不包括本振分光單元4205。正如圖4b中所說的，當(dāng)本振單元3201僅僅需要輸出一個本振光信號時，本振單元3201中即不需要本振分光單元4205。本振單元3201中的相位調(diào)制器4204可直接連接相干耦合單元3101中的第三耦合單元4301。本振單元3201中各個結(jié)構(gòu)如圖4b中所述，在此不再贅述。

第三耦合單元4301根據(jù)接收到的本振光信號對偏振控制單元3301所輸入的傳輸光信號進(jìn)行相干耦合，得到兩路第一相干后光信號，并將兩路第一相干后光信號分別輸入給第二分光單元4302和第三分光單元4303?？蛇x地，第二分光單元4302和第三分光單元4303的分光比例一致。

舉個例子，第一比例為10％，第二比例為90％。第二分光單元4302將接 收到的一路第一相干后光信號分為占比10％的第一相干后光信號和占比90％的第一相干后光信號；第三分光單元4303將接收到的另一路第一相干后光信號分為占比10％的第一相干后光信號和占比90％的第一相干后光信號。第二分光單元4302將占比10％的第一相干后光信號輸入給參考光平衡探測單元3102，第三分光單元4303將占比10％的第一相干后光信號輸入給參考光平衡探測單元3102；第二分光單元4302將占比90％的第一相干后光信號輸入給量子光平衡探測單元3103，第三分光單元4303將占比90％的第一相干后光信號輸入給量子光平衡探測單元3103。也就是說，兩個占比10％的第一相干后光信號為一路相干耦合后光信號，兩個占比90％的第一相干后光信號為另一路相干耦合后光信號。第一相干耦合后光信號可以為兩個占比10％的第一相干后光信號，第二相干耦合后光信號可以為兩個占比90％的第一相干后光信號。

本發(fā)明實施例中對第一比例和第二比例的具體數(shù)值不做限定，可選地，由于量子光信號是一個極其弱的光信號，在整個傳送鏈路的插損值嚴(yán)重影響其傳送距離，因此，較佳的，在保證參考光信號進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換、放大后能夠正常采樣并恢復(fù)出準(zhǔn)確的相位頻率信息的前提下，可盡量提高輸入到量子光平衡探測單元3103的光強(qiáng)比例。

進(jìn)一步，傳輸光信號中包括參考光信號和量子光信號；至少兩路相干耦合后光信號中包括至少一個第一相干耦合后光信號和至少一個第二相干耦合后光信號；每個第一相干耦合后光信號中至少包括參考光信號；每個第二相干耦合后光信號中至少包括量子光信號。也就是說，進(jìn)入?yún)⒖脊馄胶馓綔y單元3102的一路相干耦合后光信號為第一相干耦合后光信號，進(jìn)入量子光平衡探測單元3103的一路相干耦合后光信號為第二相干耦合后光信號。

參考光平衡探測單元3102接收第二分光單元4302和第三分光單元4303所輸出的第一相干耦合后光信號，具體處理流程如上所述。量子光平衡探測單元3103接收第二分光單元4302和第三分光單元4303所輸出的第二相干耦合后光信號，具體處理流程如上所述。載波恢復(fù)單元3104和密鑰恢復(fù)單元3105的 具體處理流程參見以上所述。

上述內(nèi)容為傳輸光信號通過一個偏振態(tài)傳輸時，原始密鑰恢復(fù)裝置可能的幾種結(jié)構(gòu)示意圖。本發(fā)明實施例中發(fā)送裝置也可通過多個偏振態(tài)傳輸該傳輸光信號，下面進(jìn)行具體介紹。

情況二：傳輸光信號通過n個偏振態(tài)傳輸，n為大于1的整數(shù)。

可選地，傳輸光信號通過n個偏振態(tài)傳輸時，每個偏振態(tài)上述所傳輸?shù)墓庑盘柨梢詾椋喊〞r分復(fù)用的參考光信號和量子光信號的初始光信號、包括參考光信號的初始光信號、包括量子光信號的初始光信號中的任一項。

舉個例子，比如發(fā)送裝置通過兩個偏振態(tài)發(fā)送傳輸光信號，每個偏振態(tài)上均包括時分復(fù)用的參考光信號和量子光信號。再比如，發(fā)送裝置通過兩個偏振態(tài)發(fā)送傳輸光信號，在其中一個偏振態(tài)上傳輸參考光信號，在另一個偏振態(tài)上傳輸量子光信號。再比如發(fā)送裝置通過兩個偏振態(tài)發(fā)送傳輸光信號，在其中一個偏振態(tài)上傳輸包括時分復(fù)用的參考光信號和量子光信號，在另一個偏振態(tài)上傳輸量子光信號?？蛇x地，發(fā)送裝置也可通過三個偏振態(tài)、四個偏振態(tài)等傳輸光信號。

圖5a示例性示出了本發(fā)明實施例提供的一種傳輸光信號的結(jié)構(gòu)示意圖。如圖5a所示，橫坐標(biāo)為時間軸5101，縱坐標(biāo)包括在x偏振態(tài)上的光強(qiáng)度5102和在y偏振態(tài)上的光強(qiáng)度5105，可選地，在x偏振態(tài)上發(fā)送量子光信號5103，在y偏振態(tài)上發(fā)送參考光信號5104。參考光信號和量子光信號在時間上是重疊的，所以圖5a所示的參考光信號與量子光信號屬于偏振復(fù)用。

進(jìn)一步，為了增加參考光信號與量子光信號的隔離度，減少參考光信號對量子光信號的干擾，也可以讓參考光信號和量子光信號有一定的相對延時。圖5b示例性示出了本發(fā)明實施例提供的另一種傳輸光信號的結(jié)構(gòu)示意圖。如圖5b所示，橫坐標(biāo)為時間軸5201，縱坐標(biāo)包括在x偏振態(tài)上的光強(qiáng)度5202和在y偏振態(tài)上的光強(qiáng)度5205，可選地，在x偏振態(tài)上發(fā)送量子光信號5203，在y偏振態(tài)上發(fā)送參考光信號5204。參考光信號和量子光信號在時間上是錯開的， 也就是說，圖5b中，y偏振態(tài)上的參考光信號和x偏振態(tài)上的量子光信號不僅僅是偏振復(fù)用，也為時分復(fù)用。

圖5c示例性示出了本發(fā)明實施例提供的另一種傳輸光信號的結(jié)構(gòu)示意圖。如圖5c所示，橫坐標(biāo)為時間軸5301，縱坐標(biāo)包括在x偏振態(tài)上的光強(qiáng)度5302和在y偏振態(tài)上的光強(qiáng)度5305，可選地，在x偏振態(tài)上發(fā)送量子光信號5303，在y偏振態(tài)上發(fā)送時分復(fù)用的參考光信號5304和量子光信號5303?？煽闯觯瑘D5c中，x偏振態(tài)上的量子光信號與y偏振態(tài)上的參考光信號和量子光信號在時間上都是錯開的。

本發(fā)明實施例中的傳輸光信號通過n個偏振態(tài)傳輸時，各個偏振態(tài)上傳輸?shù)墓庑盘栐跁r間上是重合的或者不是重合的均可，本發(fā)明實施例中不做限制。

可選地，若傳輸光信號通過n個偏振態(tài)傳輸，n為大于1的整數(shù)，則：

相干耦合單元包括偏振分光單元，以及與偏振分光單元連接的子相干耦合單元，子相干耦合單元連接參考光平衡探測單元和量子光平衡探測單元；

偏振分光單元，用于通過偏振分光處理將傳輸光信號分為n路光信號，并對至少(n-1)路光信號進(jìn)行偏振旋轉(zhuǎn)，輸出偏振態(tài)相同的n路初始光信號；其中一路初始光信號對應(yīng)一個偏振態(tài)；

子相干耦合單元，用于根據(jù)接收到的本振光信號對n路初始光信號中的每路初始光信號至少進(jìn)行相干耦合，輸出至少n路相干耦合后光信號。

圖5d示例性示出了本發(fā)明實施例提供的一種原始密鑰恢復(fù)裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。如圖5d所示，相干耦合單元3101包括偏振分光單元5401，以及與偏振分光單元5401連接的子相干耦合單元5402，子相干耦合單元5402連接參考光平衡探測單元3102和量子光平衡探測單元3103。

可選地，偏振分光單元5401可為一個偏振分光器?？蛇x地，n路初始光信號至少包括兩路包括時分復(fù)用的參考光信號和量子光信號的初始光信號。或者n路初始光信號至少包括以下內(nèi)容中的任兩項：

包括時分復(fù)用的參考光信號和量子光信號的初始光信號、包括參考光信號 的初始光信號、包括量子光信號的初始光信號。

可選地，針對n路初始光信號中的每路初始光信號，子相干耦合單元5402，具體用于：

當(dāng)n路初始光信號中至少包括一路包括參考光信號的初始光信號時，使用在本振光信號中占比為第三比例的本振光信號對該路包括參考光信號的初始光信號進(jìn)行相干耦合，得到包括參考光信號的一路相干耦合后光信號；

當(dāng)n路初始光信號中至少包括一路包括量子光信號的初始光信號時，使用在本振光信號中占比為第四比例的本振光信號對該路包括量子光信號的初始光信號進(jìn)行相干耦合，得到包括量子光信號的一路相干耦合后光信號；

當(dāng)n路初始光信號中包括至少一路包括時分復(fù)用的參考光信號和量子光信號的初始光信號時，使用在本振光信號中占比為第五比例的本振光信號對一路包括時分復(fù)用的參考光信號和量子光信號的初始光信號進(jìn)行相干耦合和分光處理，得到兩路相干耦合后光信號；其中，兩路相干耦合后光信號中的每路相干耦合后光信號中包括參考光信號和量子光信號。

而當(dāng)n路初始光信號中包括至少一路包括時分復(fù)用的參考光信號和量子光信號的初始光信號時，又具體存在多種實現(xiàn)方式。下面通過以下實施例b1、實施例b2和實施例b3進(jìn)行詳細(xì)介紹。

實施例b1

傳輸光信號通過n個偏振態(tài)發(fā)送該傳輸光信號，每個偏振態(tài)上僅包括量子光信號或者參考光信號。此時，偏振分光單元5401，用于通過偏振分光處理將傳輸光信號分為n路光信號，并對至少(n-1)路光信號進(jìn)行偏振旋轉(zhuǎn)，輸出偏振態(tài)相同的n路初始光信號；每路初始光信號僅包括量子光信號或者參考光信號。

圖5e示例性示出了本發(fā)明實施例提供的一種原始密鑰恢復(fù)裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。發(fā)送裝置通過兩個偏振態(tài)向接收裝置發(fā)送傳輸光信號，具體傳輸光信號的結(jié)構(gòu)如圖5b所示，在x偏振態(tài)上發(fā)送量子光信號，在y偏振態(tài)上發(fā)送參考光 信號。此時，如圖5e所示，相干耦合單元3101包括偏振分光單元5401，以及與偏振分光單元5401連接的子相干耦合單元5402，子相干耦合單元5402包括第四耦合單元5502和第五耦合單元5503，第四耦合單元5502和第五耦合單元5503均可為2:2的耦合器。第四耦合單元5502的兩個輸入端分別連接偏振分光單元5401和本振單元3201，第四耦合單元5502的兩個輸出端分別連接參考光平衡探測單元3102；第五耦合單元5503的兩個輸入端分別連接偏振分光單元5401和本振單元3201，第五耦合單元5503的兩個輸出端分別連接量子光平衡探測單元3103。

如圖5e所示，本振單元3201與圖4b所示的本振單元3201的內(nèi)部結(jié)構(gòu)相同，具體內(nèi)容參見前述內(nèi)容。本振單元3201中振分光單元4205一端與相位調(diào)制器4204連接，另一端與第四耦合單元5502和第五耦合單元5503連接。

下面基于圖5e所示的原始密鑰恢復(fù)裝置的結(jié)構(gòu)示意圖，詳細(xì)描述原始密鑰恢復(fù)裝置的工作流程。

如圖5e所示，發(fā)送裝置通過光纖向原始密鑰恢復(fù)裝置傳輸一個傳輸光信號，該傳輸光信號先進(jìn)入到偏振控制單元3301中，偏振控制單元3301將偏振態(tài)固定的傳輸光信號輸入至偏振分光單元5401中。

傳輸光信號通過n個偏振態(tài)傳輸，則偏振分光單元5401，通過偏振分光處理將傳輸光信號分為n路光信號，并對至少(n-1)路光信號進(jìn)行偏振旋轉(zhuǎn)，輸出偏振態(tài)相同的n路初始光信號；其中一路初始光信號對應(yīng)一個偏振態(tài)。

舉例來說，若傳輸光信號通過x偏振態(tài)傳輸量子光信號，通過y偏振態(tài)進(jìn)行傳輸參考光信號，則偏振分光單元5401將x偏振態(tài)上傳輸?shù)牧孔庸庑盘柾ㄟ^一個輸出端口輸出；將y偏振態(tài)上傳輸?shù)膮⒖脊庑盘柕钠駪B(tài)旋轉(zhuǎn)90度，即旋轉(zhuǎn)至x偏振態(tài)上之后，通過另一個輸出端口輸出。

偏振分光單元5401將包括參考光信號的一路初始光信號輸入至第四耦合單元5502，將包括量子光信號的一路初始光信號輸入至第五耦合單元5503。第四耦合單元5502和第五耦合單元5503的另一個輸入端還接收本振單元3201輸入 的本振光信號。

由于子相干耦合單元5402包括第四耦合單元5502和第五耦合單元5503，第四耦合單元5502和第五耦合單元5503需要分別進(jìn)行相干耦合的操作，因此第四耦合單元5502和第五耦合單元5503均需要本振光信號，基于此，本振分光單元4205將接收到的本振光信號分為兩路第三子本振光信號。分別發(fā)送給第四耦合單元5502和第五耦合單元5503。

第四耦合單元5502，使用接收到的兩路第三子本振光信號中的一路第三子本振光信號對接收到的初始光信號進(jìn)行相干耦合，得到一路相干耦合后光信號。

第五耦合單元5503，用于使用接收到的兩路第三子本振光信號中的另一路第三子本振光信號對接收到的初始光信號進(jìn)行相干耦合，得到另一路相干耦合后光信號。

此時，可看出，由于傳輸光信號通過兩個偏振態(tài)進(jìn)行傳輸，且每個偏振態(tài)上僅傳輸參考光信號或者量子光信號，且第四耦合單元5502接收到的是y偏振態(tài)上傳輸?shù)膮⒖脊庑盘?，第五耦合單?503接收到的是x偏振態(tài)上傳輸?shù)牧孔庸庑盘枺虼舜藭r第四耦合單元5502所輸出的相干耦合后光信號中僅包括參考光信號，第五耦合單元5503所輸出的相干耦合后光信號中僅包括量子光信號。此時將第四耦合單元5502所輸出的相干耦合后光信號作為第一相干耦合后光信號，第五耦合單元5503所輸出的相干耦合后光信號作為第二相干耦合后光信號。

參考光平衡探測單元3102接收第四耦合單元5502所輸出的第一相干耦合后光信號，具體處理流程如上所述。量子光平衡探測單元3103接收第五耦合單元5503所輸出的第二相干耦合后光信號，具體處理流程如上所述。載波恢復(fù)單元3104和密鑰恢復(fù)單元3105的具體處理流程參見以上所述。

實施例b2

傳輸光信號通過n個偏振態(tài)發(fā)送該傳輸光信號，其中存在一個偏振態(tài)上包括時分復(fù)用的量子光信號和參考光信號。此時，偏振分光單元，用于通過偏振分光處理將傳輸光信號分為n路光信號，并對至少(n-1)路光信號進(jìn)行偏振旋 轉(zhuǎn)，輸出偏振態(tài)相同的n路初始光信號；存在一路路初始光信號包括時分復(fù)用的量子光信號和參考光信號。

可選地，在n路初始光信號中包括至少一路包括時分復(fù)用的參考光信號和量子光信號的初始光信號時，具體用于：

使用在本振光信號中占比為第五比例的本振光信號，對包括時分復(fù)用的參考光信號和量子光信號的初始光信號進(jìn)行相干耦合，并將進(jìn)行相干耦合后得到的光信號分為兩路，得到兩路第二相干后光信號；

對兩路第二相干后光信號中的每路第二相干后光信號進(jìn)行分光處理，得到兩個在每路第二相干后光信號中占比為第六比例的第二相干后光信號，以及兩個占比為第七比例的第二相干后光信號；其中第六比例與第七比例的和為1；

其中，兩個在每路第二相干后光信號中占比為第六比例的第二相干后光信號為兩路相干耦合后光信號中的一路相干耦合后光信號；兩個在每路第二相干后光信號中占比為第七比例的第二相干后光信號為兩路相干耦合后光信號中的另一路相干耦合后光信號。

為了更清楚的介紹該實施例b2，下面結(jié)合圖5f進(jìn)行介紹。圖5f示例性示出了本發(fā)明實施例提供的一種原始密鑰恢復(fù)裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。發(fā)送裝置通過兩個偏振態(tài)向接收裝置發(fā)送傳輸光信號，具體傳輸光信號的結(jié)構(gòu)如圖5c所示，在x偏振態(tài)上發(fā)送量子光信號，在y偏振態(tài)上發(fā)送時分復(fù)用的參考光信號和量子光信號。此時，如圖5f所示，相干耦合單元3101包括偏振分光單元5401，以及與偏振分光單元5401連接的子相干耦合單元5402，子相干耦合單元5402包括第六耦合單元5603和第七耦合單元5602，第六耦合單元5603和第七耦合單元5602均可為2:2的耦合器。第六耦合單元5603的兩個輸入端分別連接偏振分光單元5401和本振單元3201，第六耦合單元5603的兩個輸出端分別連接量子光平衡探測單元3103。

具體來說，本發(fā)明實施例中的參考光平衡探測單元3102可包括一個或多個參考光平衡探測器，量子光平衡探測單元3103可包括一個或多個量子平衡探測 器。其中，參考光平衡探測單元3102中的每個參考光平衡探測器對應(yīng)探測一個第一相干耦合后光信號，即參考光平衡探測單元3102中的每個參考光平衡探測器對一個第一相干耦合后光信號進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換和放大。量子光平衡探測單元3103中的每個量子光平衡探測器對應(yīng)探測一個第二相干耦合后光信號，即量子光平衡探測單元3103中的每個量子光平衡探測器對一個第二相干耦合后光信號進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換和放大。

如圖5f所示，量子平衡探測單元3103中包括第一量子平衡探測器5609和第二量子平衡探測器5608。進(jìn)而第六耦合器5603的兩個輸出端連接第一量子平衡探測5609的兩個輸入端。第七耦合單元5602的兩個輸入端分別連接偏振分光單元5401和本振單元3201，第七耦合單元5602的兩個輸出端分別連接第四分光單元5605和第五分光單元5606，第四分光單元5605的兩個輸出端分別連接參考光平衡探測單元3102和第二量子光平衡探測器5608，第五分光單元5606的兩個輸出端分別連接參考光平衡探測單元3102和第二量子光平衡探測器5608。

進(jìn)一步，每個參考光平衡探測單元3102中包括的參考光平衡探測器的數(shù)量與第一adc單元3302中包括的adc的數(shù)量相同，即一個參考光平衡探測器連接一個第一adc單元3302中的adc。類似的，每個量子光平衡探測單元3103中包括的量子光平衡探測器的數(shù)量與第二adc單元3304中包括的adc的數(shù)量相同，即一個量子光平衡探測器連接一個第二adc單元3304中的adc。

如圖5f所示，第一量子平衡探5609連接第二adc單元3304中的adc一5611，第二量子平衡探測5608連接第二adc單元3304中的adc二5612。參考光平衡探測3102連接第一adc單元3302中的adc三5613。adc一5611和adc二5612連接密鑰恢復(fù)單元3105中的第二處理單元3305，第二處理單元3305或第一處理3303可以包括一個或多個處理模塊，一個adc對應(yīng)一個處理模塊。比如adc一5611對應(yīng)第二處理單元3305中的處理模塊一5614，adc二5612對應(yīng)第二處理單元3305中的處理模塊二5615。adc三5613連接載波 恢復(fù)單元3104中的第一處理單元3303。本振分光單元4205一端與相位調(diào)制器4204連接，另一端與第六耦合單元5603和第七耦合單元5602連接。

下面基于圖5f所示的原始密鑰恢復(fù)裝置的結(jié)構(gòu)示意圖，詳細(xì)描述原始密鑰恢復(fù)裝置的工作流程。

如圖5f所示，發(fā)送裝置通過光纖向原始密鑰恢復(fù)裝置傳輸一個傳輸光信號，該傳輸光信號先進(jìn)入到偏振控制單元3301中，偏振控制單元3301將偏振態(tài)固定的傳輸光信號輸入至偏振分光單元5401中。傳輸光信號通過n個偏振態(tài)傳輸，則偏振分光單元5401，輸出偏振態(tài)相同的n路初始光信號；其中一路初始光信號對應(yīng)一個偏振態(tài)。

偏振分光單元5401將包括參考光信號的一路初始光信號輸入至第六耦合單元5603，將包括時分復(fù)用的參考光信號和量子光信號的一路初始光信號輸入至第七耦合單元5602。第六耦合單元5603和第七耦合單元5602的另一個輸入端還接收本振單元3201輸入的本振光信號。

如圖5f所示，本振單元3201與圖4b所示的本振單元3201的內(nèi)部結(jié)構(gòu)相同，具體內(nèi)容參見前述內(nèi)容。由于子相干耦合單元5402包括第六耦合單元5603和第七耦合單元5602，第六耦合單元5603和第七耦合單元5602需要分別進(jìn)行相干耦合的操作，因此第六耦合單元5603和第七耦合單元5602均需要本振光信號，基于此，本振分光單元4205將接收到的本振光信號分為兩路第四子本振光信號，并分別輸入至第六耦合單元5603和第七耦合單元5602。

第六耦合單元5603，使用接收到的兩路第四子本振光信號中的一路第四子本振光信號對接收到的初始光信號進(jìn)行相干耦合，得到一路相干耦合后光信號。

第七耦合單元5602，接收到的兩路第四子本振光信號中的一路第四子本振光信號對接收到的初始光信號進(jìn)行相干耦合，得到一路相干耦合后光信號。第七耦合單元5602將兩路第二相干后光信號分別發(fā)送給第四分光單元5605和第五分光單元5606。

第四分光單元5605，對接收到的兩路第二相干后光信號中的一路第二相干 后光信號進(jìn)行分光處理，得到兩個在該路第二相干后光信號中占比為第六比例的第二相干后光信號，以及兩個占比為第七比例的第二相干后光信號；其中第六比例與第七比例的和為1；

第五分光單元5606，對接收到的兩路第二相干后光信號中的另一路第二相干后光信號進(jìn)行分光處理，得到兩個在該路第二相干后光信號中占比為第六比例的第二相干后光信號，以及兩個占比為第七比例的第二相干后光信號；

兩個在每路第二相干后光信號中占比為第六比例的第二相干后光信號作為兩路相干耦合后光信號中的一路相干耦合后光信號；將兩個在每路第二相干后光信號中占比為第七比例的第二相干后光信號作為兩路相干耦合后光信號中的另一路相干耦合后光信號。

舉個例子，第六比例為10％，第七比例為90％。第四分光單元5605將接收到的一路第二相干后光信號分為占比10％的第二相干后光信號和占比90％的第二相干后光信號；第五分光單元5606將接收到的另一路第二相干后光信號分為占比10％的第二相干后光信號和占比90％的第二相干后光信號。第四分光單元5605將占比10％的第二相干后光信號輸入給參考光平衡探測單元3102，第五分光單元5606將占比10％的第二相干后光信號輸入給參考光平衡探測單元3102；第四分光單元5605將占比90％的第二相干后光信號輸入給量子光平衡探測單元3103，第五分光單元5606將占比90％的第二相干后光信號輸入給量子光平衡探測單元3103。也就是說，兩個占比10％的第二相干后光信號為一路相干耦合后光信號，兩個占比90％的第二相干后光信號為另一路相干耦合后光信號。第一相干耦合后光信號可以為兩個占比10％的第二相干后光信號，第二相干耦合后光信號可以為兩個占比90％的第二相干后光信號。

進(jìn)一步，兩個占比10％的第二相干后光信號為一路相干耦合后光信號進(jìn)入了參考光平衡探測單元3102，兩個占比90％的第二相干后光信號為一路相干耦合后光信號進(jìn)入了量子光平衡探測單元3103中的第二量子平衡探測器5608中。

本發(fā)明實施例中對第六比例和第七比例的具體數(shù)值不做限定，可選地，由 于量子光信號是一個極其弱的光信號，在整個傳送鏈路的插損值嚴(yán)重影響其傳送距離，因此，較佳的，在保證參考光信號進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換、放大后能夠正常采樣并恢復(fù)出準(zhǔn)確的相位頻率信息的前提下，可盡量提高輸入到量子光平衡探測單元3103的光強(qiáng)比例。

此時，可看出，由于傳輸光信號通過兩個偏振態(tài)進(jìn)行傳輸，進(jìn)入第六耦合單元5603中的光信號中僅包括量子光信號，因此，第六耦合單元5603所輸出的相干耦合后光信號中僅包括量子光信號，因此第六耦合單元5603所輸出的相干耦合后光信號為第一相干耦合后光信號。而進(jìn)入第七耦合單元5602中的光信號包括時分復(fù)用的量子光信號和參考光信號，因此，第七耦合單元5602所輸出的兩路第二相干后光信號中的每路第二相干后光信號中均包括時分復(fù)用的參考光信號和量子光信號，進(jìn)而經(jīng)過第四分光單元5605和第五分光單元5606的分光處理，所得到的兩路相干耦合后光信號中的每路相干耦合后光信號中均包括有時分復(fù)用的參考光信號和量子光信號，此時，將經(jīng)過第四分光單元5605和第五分光單元5606的分光處理得到的兩路相干耦合后光信號中的一路作為第一相干耦合后光信號，則另一路則為第二相干耦合后光信號。

參考光平衡探測單元3102接收第四分光單元5605和第五分光單元5606所輸出的第一相干耦合后光信號，具體處理流程如上所述。

量子光平衡探測單元3103中包括第一量子平衡探測器5609和第二量子平衡探測器5608。

第一量子平衡探測器5609接收第六耦合器5603輸出的第二相干耦合后光信號，并對接收到的第二相干耦合后光信號進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換和放大，以保證所輸出的第二電信號的幅度處于第二adc單元3304的第二預(yù)設(shè)幅度范圍內(nèi)。

第二量子平衡探測器5608接收第四分光單元5605和第五分光單元5606輸出的第二相干耦合后光信號，并對接收到的第二相干耦合后光信號進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換和放大，以保證所輸出的第二電信號的幅度處于第二adc單元3304的第二預(yù)設(shè)幅度范圍內(nèi)。

第一adc單元中的adc三5613接收參考光平衡探測單元輸出的第一電信號，并對接收到的第一電信號進(jìn)行采樣量化，向載波恢復(fù)單元中的第一處理單元3303輸出參考信號采樣序列，以使第一處理單元3303從參考信號采樣序列中確定出本振光信號和參考光信號之間的相位頻率信息。

第二adc單元3304包括adc一5611和adc二5612，adc一5611與第一量子平衡探測器5609連接，adc二5612與第二量子平衡探測器5608連接。

adc一5611，接收第一量子平衡探測器5609輸出的第二電信號，并對接收到的第二電信號進(jìn)行采樣量化，向處理模塊一5614輸出量子信號采樣序列。

adc二5612，接收第二量子平衡探測器5608輸出的第二電信號，并對接收到的第二電信號進(jìn)行采樣量化，向處理模塊二5615輸出量子信號采樣序列。處理模塊一5614和處理模塊二5615根據(jù)接收到的相位頻率信息，從量子信號采樣序列中恢復(fù)出原始密鑰。

實施例b3

可選地，當(dāng)n路初始光信號中包括至少一路包括時分復(fù)用的參考光信號和量子光信號的初始光信號時：

本振單元，具體用于：

將本振光信號中占比為第五比例的本振光信號分為兩路第二子本振光信號，并將兩路第二子本振光信號發(fā)送給子相干耦合單元；

子相干耦合單元，具體用于：

將該路包括時分復(fù)用的參考光信號和量子光信號的初始光信號進(jìn)行分光處理，得到兩路分光處理后初始光信號；

使用接收到的兩路第二子本振光信號分別對兩路分光處理后初始光信號中的每路分光處理后初始光信號進(jìn)行相干耦合，得到至少兩路相干耦合后光信號中的兩路相干耦合后光信號；其中，一路本振光信號對應(yīng)一路分光處理后初始光信號。

為了更清楚的介紹實施例b3，下面結(jié)合附圖5g進(jìn)行介紹。圖5g示例性示出了本發(fā)明實施例提供的一種原始密鑰恢復(fù)裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。發(fā)送裝置通過兩個偏振態(tài)向接收裝置發(fā)送傳輸光信號，具體傳輸光信號的結(jié)構(gòu)如圖5c所示。在x偏振態(tài)上發(fā)送量子光信號，在y偏振態(tài)上發(fā)送時分復(fù)用的參考光信號和量子光信號。如圖5g所示，相干耦合單元3101包括偏振分光單元5401，以及與偏振分光單元5401連接的子相干耦合單元5402，子相干耦合單元5402包括第六耦合單元5603、第六分光單元5702、第八耦合單元5703和第九耦合單元5704，第六耦合單元5603、第八耦合單元5703和第九耦合單元5704均可為2:2的耦合器。第六耦合單元5603的兩個輸入端分別連接偏振分光單元5401和本振單元3201，第六耦合單元5603的兩個輸出端分別連接量子光平衡探測單元3103。

如圖5g所示，量子平衡探測單元3103中包括第一量子平衡探測器5608和第二量子平衡探測器5609。進(jìn)而第六耦合器5603的兩個輸出端連接第一量子平衡探測器5609的兩個輸入端。第六分光單元5702的輸入端連接偏振分光單元5401，第六分光單元5702的兩個輸出端連接第八耦合單元5703和第九耦合單元5704。

第八耦合單元5703的兩個輸入端分別連接第六分光單元5702和本振單元3201，第八耦合單元5703的兩個輸出端分別連接參考光平衡探測單元3102。第九耦合單元5704的兩個輸入端分別連接第六分光單元5702和本振單元3201，第九耦合單元5704的兩個輸出端分別連接量子光平衡探測單元3103中的第二量子平衡探測器5608。

如圖5e所示，本振單元3201與圖4b所示的本振單元3201的內(nèi)部結(jié)構(gòu)相同，具體內(nèi)容參見前述內(nèi)容。本振分光單元4205一端與相位調(diào)制器4204連接，另一端與第六耦合單元5603、第八耦合單元5703和第九耦合單元5704連接。本振分光單元4205可為一個分光器。

下面基于圖5g所示的原始密鑰恢復(fù)裝置的結(jié)構(gòu)示意圖，詳細(xì)描述原始密鑰恢復(fù)裝置的工作流程。

如圖5g所示，發(fā)送裝置通過光纖向原始密鑰恢復(fù)裝置傳輸一個傳輸光信號，該傳輸光信號先進(jìn)入到偏振控制單元3301中，偏振控制單元3301將偏振態(tài)固定的傳輸光信號輸入至偏振分光單元5401中。傳輸光信號通過n個偏振態(tài)傳輸，則偏振分光單元5401輸出偏振態(tài)相同的n路初始光信號。

具體來說，偏振分光單元5401將包括量子光信號的一路初始光信號輸入至第六耦合單元5603，將包括時分復(fù)用的參考光信號和量子光信號的一路初始光信號輸入至第六分光單元5702。第六分光單元5702將接收到包括量子光信號的一路初始光信號進(jìn)行分光處理，得到兩路分光處理后初始光信號，并將兩路分光處理后初始光信號分別輸出給第八耦合單元5703和第九耦合單元。第六耦合單元5603、第八耦合單元5703和第九耦合單元的另一個輸入端還接收本振單元3201輸入的本振光信號，進(jìn)而第六耦合單元5603、第八耦合單元5703和第九耦合單元中的任一個耦合單元，使用接收到的一路本振光信號對接收到的分光處理后初始光信號進(jìn)行相干耦合，得到一路相干耦合后光信號。

此時，本振單元3201將本振光信號中占比為第五比例的本振光信號分為兩路第二子本振光信號，并將兩路第二子本振光信號發(fā)送給第八耦合單元5703和第九耦合單元。

由于子相干耦合單元5402包括第六耦合單元5603、第八耦合單元5703和第九耦合單元，第六耦合單元5603、第八耦合單元5703和第九耦合單元均需要分別進(jìn)行相干耦合的操作，因此第六耦合單元5603、第八耦合單元5703和第九耦合單元均需要本振光信號，基于此，本振分光單元4205將接收到的本振光信號分為三路。

第六耦合單元5603，使用一路本振光信號對接收到的初始光信號進(jìn)行相干耦合，得到一路相干耦合后光信號。

第八耦合單元5703，使用一路本振光信號對接收到的初始光信號進(jìn)行相干耦合，得到一路相干耦合后光信號。

第九耦合單元，使用一路本振光信號對接收到的初始光信號進(jìn)行相干耦合， 得到一路相干耦合后光信號。

此時，可看出，由于傳輸光信號通過兩個偏振態(tài)進(jìn)行傳輸，進(jìn)入第六耦合單元5603中的光信號中僅包括量子光信號，因此，第六耦合單元5603所輸出的相干耦合后光信號中僅包括量子光信號，因此第六耦合單元5603所輸出的相干耦合后光信號為第一相干耦合后光信號。而進(jìn)入第六分光單元5702中的光信號包括時分復(fù)用的量子光信號和參考光信號，因此，第六分光單元5702分別輸出給第八耦合單元5703和第九耦合單元每路分光處理后初始光信號中均包括時分復(fù)用的參考光信號和量子光信號，進(jìn)而經(jīng)過第八耦合單元5703和第九耦合單元的相干耦合處理，所得到的兩路相干耦合后光信號中的每路相干耦合后光信號中均包括有時分復(fù)用的參考光信號和量子光信號，此時，該兩路相干耦合后光信號中的一路作為第一相干耦合后光信號，則另一路則為第二相干耦合后光信號。

參考光平衡探測單元3102接收第四耦合單元5502所輸出的第一相干耦合后光信號，具體處理流程如上所述。量子光平衡探測單元3103接收第五耦合單元5503所輸出的第二相干耦合后光信號，具體處理流程如上所述。載波恢復(fù)單元3104和密鑰恢復(fù)單元3105的具體處理流程參見以上所述。

從上述內(nèi)容可看出，本發(fā)明實施例中，由于傳輸光信號中包括參考光信號和量子光信號，而且通過本振光信號對傳輸光信號進(jìn)行分光處理和相干耦合，得到至少兩路相干耦合后光信號，進(jìn)而對包括參考光信號的第一相干耦合后光信號和包括量子光信號的第二相干耦合后光信號分別進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換和放大，得到第一電信號和第二電信號，進(jìn)而分別從第一電信號中得到本振光信號和參考光信號之間的相位頻率信息，以及根據(jù)相位頻率信息從第二電信號中恢復(fù)出原始密鑰，可見，該方案無需對發(fā)送裝置和接收裝置的兩路光纖長度差進(jìn)行嚴(yán)格的等長控制，降低了技術(shù)難度。

圖6示例性示出了本發(fā)明實施例提供的一種原始密鑰恢復(fù)方法的流程示意 圖。

基于相同構(gòu)思，如圖6所示，本發(fā)明實施例提供一種原始密鑰恢復(fù)方法，包括：

步驟601，根據(jù)本振光信號，對接收到的傳輸光信號進(jìn)行分光處理和相干耦合，得到至少兩路相干耦合后光信號；其中，傳輸光信號中包括參考光信號和量子光信號；至少兩路相干耦合后光信號中包括至少一個第一相干耦合后光信號和至少一個第二相干耦合后光信號；每個第一相干耦合后光信號中至少包括參考光信號；每個第二相干耦合后光信號中至少包括量子光信號；

步驟602，對至少一個第一相干耦合后光信號進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換和放大，得到至少一個第一電信號；對至少一個第二相干耦合后光信號進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換和放大，得到至少一個第二電信號；

步驟603，從至少一個第一電信號中確定出本振光信號和參考光信號之間的相位頻率信息；根據(jù)接收到的相位頻率信息，從至少一個第二電信號中恢復(fù)出原始密鑰。

可選地，對至少一個第一相干耦合后光信號進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換和放大的放大倍數(shù)小于對至少一個第二相干耦合后光信號進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換和放大的放大倍數(shù)。

可選地，對至少一個第一相干耦合后光信號進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換和放大的平衡探測接收機(jī)的帶寬，高于對至少一個第二相干耦合后光信號進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換和放大的平衡探測接收機(jī)的帶寬；對至少一個第一相干耦合后光信號進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換和放大的平衡探測接收機(jī)的增益，低于對至少一個第二相干耦合后光信號進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換和放大的平衡探測接收機(jī)的的增益。

本發(fā)明實施例中，可以將第一相干耦合后光信號和第二相干耦合后光信號分別進(jìn)行放大，此時將第一相干耦合后光信號對應(yīng)的放大倍數(shù)調(diào)小，以使從第一電信號中確定出本振光信號和參考光信號之間的相位頻率信息；將第二相干耦合后光信號對應(yīng)的放大倍數(shù)調(diào)大，以使從至少一個第二電信號中恢復(fù)出原始密鑰。從而，可更加精確的根據(jù)第一相干耦合后光信號，從參考光信號中恢復(fù) 出相位頻率信息，也可更加精確的根據(jù)第二相干耦合后光信號，從量子光信號中恢復(fù)出原始密鑰。

可選地，根據(jù)本振光信號，對接收到的傳輸光信號進(jìn)行分光處理和相干耦合，得到至少兩路相干耦合后光信號之前，還包括：

根據(jù)相位頻率信息，生成本振光信號。

可選地，若傳輸光信號通過一個偏振態(tài)傳輸，則傳輸光信號包括時分復(fù)用的參考光信號和量子光信號；且：

根據(jù)本振光信號，對接收到的傳輸光信號進(jìn)行分光處理和相干耦合，得到至少兩路相干耦合后光信號，包括：

接收傳輸光信號，將傳輸光信號進(jìn)行分光處理，得到兩路分光處理后光信號；

將本振光信號分為兩路第一子本振光信號，使用兩路第一子本振光信號中對兩路分光處理后光信號分別進(jìn)行相干耦合，得到至少兩路相干耦合后光信號；其中，一路第一子本振光信號對應(yīng)一路分光處理后光信號。

可選地，若傳輸光信號通過一個偏振態(tài)傳輸，則傳輸光信號包括時分復(fù)用的參考光信號和量子光信號；且：

根據(jù)本振光信號，對接收到的傳輸光信號進(jìn)行分光處理和相干耦合，得到至少兩路相干耦合后光信號，包括：

使用本振光信號對傳輸光信號進(jìn)行相干耦合，并將進(jìn)行相干耦合后得到的光信號分為兩路，得到兩路第一相干后光信號；

將接收到的兩路第一相干后光信號中的一路第一相干后光信號進(jìn)行分光處理，得到一個在該路第一相干后光信號中占比為第一比例的第一相干后光信號，以及一個占比為第二比例的第一相干后光信號；其中第一比例與第二比例的和為1；

將接收到的兩路第一相干后光信號中的另一路第一相干后光信號進(jìn)行分光處理，得到一個在該路第一相干后光信號中占比為第一比例的第一相干后光信 號，以及一個占比為第二比例的第一相干后光信號；

其中，兩個在每路第一相干后光信號中占比為第一比例的第一相干后光信號作為兩路相干耦合后光信號中的一路相干耦合后光信號，兩個在每路第一相干后光信號中占比為第二比例的第一相干后光信號作為兩路相干耦合后光信號中的另一路相干耦合后光信號。

可選地，若傳輸光信號通過n個偏振態(tài)傳輸，n為大于1的整數(shù)，則：

根據(jù)本振光信號，對接收到的傳輸光信號進(jìn)行分光處理和相干耦合，得到至少兩路相干耦合后光信號，包括：

通過偏振分光處理將傳輸光信號分為n路光信號，并對至少(n-1)路光信號進(jìn)行偏振旋轉(zhuǎn)，輸出偏振態(tài)相同的n路初始光信號；其中一路初始光信號對應(yīng)一個偏振態(tài)；

根據(jù)接收到的本振光信號對n路初始光信號中的每路初始光信號至少進(jìn)行相干耦合，輸出至少n路相干耦合后光信號。

可選地，n路初始光信號至少包括兩路包括時分復(fù)用的參考光信號和量子光信號的初始光信號；

或者

n路初始光信號至少包括以下內(nèi)容中的任兩項：

包括時分復(fù)用的參考光信號和量子光信號的初始光信號、包括參考光信號的初始光信號、包括量子光信號的初始光信號。

可選地，根據(jù)接收到的本振光信號對n路初始光信號中的每路初始光信號至少進(jìn)行相干耦合，輸出至少n路相干耦合后光信號，包括：

當(dāng)n路初始光信號中至少包括一路包括參考光信號的初始光信號時，使用在本振光信號中占比為第三比例的本振光信號對該路包括參考光信號的初始光信號進(jìn)行相干耦合，得到包括參考光信號的一路相干耦合后光信號；

當(dāng)n路初始光信號中至少包括一路包括量子光信號的初始光信號時，使用在本振光信號中占比為第四比例的本振光信號對該路包括量子光信號的初始光 信號進(jìn)行相干耦合，得到包括量子光信號的一路相干耦合后光信號；

當(dāng)n路初始光信號中包括至少一路包括時分復(fù)用的參考光信號和量子光信號的初始光信號時，使用在本振光信號中占比為第五比例的本振光信號對一路包括時分復(fù)用的參考光信號和量子光信號的初始光信號進(jìn)行相干耦合和分光處理，得到兩路相干耦合后光信號；其中，兩路相干耦合后光信號中的每路相干耦合后光信號中包括參考光信號和量子光信號。

可選地，使用在本振光信號中占比為第五比例的本振光信號對一路包括時分復(fù)用的參考光信號和量子光信號的初始光信號進(jìn)行相干耦合和分光處理，得到兩路相干耦合后光信號，包括：

將該路包括時分復(fù)用的參考光信號和量子光信號的初始光信號進(jìn)行分光處理，得到兩路分光處理后初始光信號；

將本振光信號中占比為第五比例的本振光信號分為兩路第二子本振光信號；使用兩路第二子本振光信號分別對兩路分光處理后初始光信號中的每路分光處理后初始光信號進(jìn)行相干耦合，得到至少兩路相干耦合后光信號中的兩路相干耦合后光信號；其中，一路本振光信號對應(yīng)一路分光處理后初始光信號。

可選地，使用在本振光信號中占比為第五比例的本振光信號對一路包括時分復(fù)用的參考光信號和量子光信號的初始光信號進(jìn)行相干耦合和分光處理，得到兩路相干耦合后光信號，包括：

使用在本振光信號中占比為第五比例的本振光信號，對包括時分復(fù)用的參考光信號和量子光信號的初始光信號進(jìn)行相干耦合，并將進(jìn)行相干耦合后得到的光信號分為兩路，得到兩路第二相干后光信號；

對兩路第二相干后光信號中的每路第二相干后光信號進(jìn)行分光處理，得到兩個在每路第二相干后光信號中占比為第六比例的第二相干后光信號，以及兩個占比為第七比例的第二相干后光信號；其中第六比例與第七比例的和為1；

其中，兩個在每路第二相干后光信號中占比為第六比例的第二相干后光信號為兩路相干耦合后光信號中的一路相干耦合后光信號；兩個在每路第二相干 后光信號中占比為第七比例的第二相干后光信號為兩路相干耦合后光信號中的另一路相干耦合后光信號。

可選地，從至少一個第一電信號中確定出本振光信號和參考光信號之間的相位頻率信息，包括：

接收至少一個第一電信號，并對至少一個第一電信號中的每個第一電信號進(jìn)行采樣量化，得到參考信號采樣序列；每個第一相干耦合后光信號中包括的參考光信號在對應(yīng)的第一電信號中對應(yīng)的電信號幅值處于第一預(yù)設(shè)幅值范圍內(nèi)；

根據(jù)接收到的參考信號采樣序列，確定出本振光信號和參考光信號之間的相位頻率信息。

可選地，根據(jù)接收到的相位頻率信息，從至少一個第二電信號中恢復(fù)出原始密鑰，包括：

接收至少一個第二電信號，并對至少一個第二電信號中的每個第二電信號進(jìn)行采樣量化，得到量子信號采樣序列；每個第二相干耦合后光信號中包括的量子光信號在對應(yīng)的第二電信號中對應(yīng)的電信號幅值處于第二預(yù)設(shè)幅值范圍內(nèi)；

根據(jù)接收到的量子信號采樣序列，以及接收到的相位頻率信息，恢復(fù)出原始密鑰。

可選地，根據(jù)本振光信號，對接收到的傳輸光信號進(jìn)行分光處理和相干耦合，得到至少兩路相干耦合后光信號之前，還包括：

接收傳輸光信號，并將接收到的傳輸光信號的偏振態(tài)調(diào)整為固定值。

可選地，本振光信號包括用于對傳輸光信號中的參考光信號進(jìn)行擬合的第一本振光信號，以及用于對傳輸光信號中的量子光信號進(jìn)行擬合的第二本振光信號；

第一本振光信號的相位為預(yù)設(shè)的固定相位值中的一個；第二本振光信號的相位為預(yù)設(shè)的固定相位值中的隨機(jī)值。

從上述內(nèi)容可看出，本發(fā)明實施例中，由于傳輸光信號中包括參考光信號和量子光信號，而且通過本振光信號對傳輸光信號進(jìn)行分光處理和相干耦合，得到至少兩路相干耦合后光信號，進(jìn)而對包括參考光信號的第一相干耦合后光信號和包括量子光信號的第二相干耦合后光信號分別進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換和放大，得到第一電信號和第二電信號，進(jìn)而分別從第一電信號中得到本振光信號和參考光信號之間的相位頻率信息，以及根據(jù)相位頻率信息從第二電信號中恢復(fù)出原始密鑰，可見，該方案無需對發(fā)送裝置和接收裝置的兩路光纖長度差進(jìn)行嚴(yán)格的等長控制，降低了技術(shù)難度。

本領(lǐng)域內(nèi)的技術(shù)人員應(yīng)明白，本發(fā)明的實施例可提供為方法、或計算機(jī)程序產(chǎn)品。因此，本發(fā)明可采用完全硬件實施例、完全軟件實施例、或結(jié)合軟件和硬件方面的實施例的形式。而且，本發(fā)明可采用在一個或多個其中包含有計算機(jī)可用程序代碼的計算機(jī)可用存儲介質(zhì)(包括但不限于磁盤存儲器、cd-rom、光學(xué)存儲器等)上實施的計算機(jī)程序產(chǎn)品的形式。

本發(fā)明是參照根據(jù)本發(fā)明實施例的方法、裝置(系統(tǒng))、和計算機(jī)程序產(chǎn)品的流程圖和/或方框圖來描述的。應(yīng)理解可由計算機(jī)程序指令實現(xiàn)流程圖和/或方框圖中的每一流程和/或方框、以及流程圖和/或方框圖中的流程和/或方框的結(jié)合?？商峁┻@些計算機(jī)程序指令到通用計算機(jī)、專用計算機(jī)、嵌入式處理機(jī)或其他可編程數(shù)據(jù)處理裝置的處理器以產(chǎn)生一個機(jī)器，使得通過計算機(jī)或其他可編程數(shù)據(jù)處理裝置的處理器執(zhí)行的指令產(chǎn)生用于實現(xiàn)在流程圖一個流程或多個流程和/或方框圖一個方框或多個方框中指定的功能的裝置。

這些計算機(jī)程序指令也可存儲在能引導(dǎo)計算機(jī)或其他可編程數(shù)據(jù)處理裝置以特定方式工作的計算機(jī)可讀存儲器中，使得存儲在該計算機(jī)可讀存儲器中的指令產(chǎn)生包括指令裝置的制造品，該指令裝置實現(xiàn)在流程圖一個流程或多個流程和/或方框圖一個方框或多個方框中指定的功能。

這些計算機(jī)程序指令也可裝載到計算機(jī)或其他可編程數(shù)據(jù)處理裝置上，使得在計算機(jī)或其他可編程裝置上執(zhí)行一系列操作步驟以產(chǎn)生計算機(jī)實現(xiàn)的處 理，從而在計算機(jī)或其他可編程裝置上執(zhí)行的指令提供用于實現(xiàn)在流程圖一個流程或多個流程和/或方框圖一個方框或多個方框中指定的功能的步驟。

盡管已描述了本發(fā)明的優(yōu)選實施例，但本領(lǐng)域內(nèi)的技術(shù)人員一旦得知了基本創(chuàng)造性概念，則可對這些實施例作出另外的變更和修改。所以，所附權(quán)利要求意欲解釋為包括優(yōu)選實施例以及落入本發(fā)明范圍的所有變更和修改。

顯然，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以對本發(fā)明進(jìn)行各種改動和變型而不脫離本發(fā)明的精神和范圍。這樣，倘若本發(fā)明的這些修改和變型屬于本發(fā)明權(quán)利要求及其等同技術(shù)的范圍之內(nèi)，則本發(fā)明也意圖包含這些改動和變型在內(nèi)。