针对弱光纤布拉格光栅阵列的偏振衰落现象，通过理论推导分析了双折射效应诱发的传输脉冲光偏振态变化对干涉光强信号的影响，指出交流项系数耦合是引起零差对称算法解调信号失真的主要原因。为减小该影响，提出了一种基于实时偏振态测量、可消除交流项耦合系数的偏振补偿方法。仿真结果表明，偏振补偿的零差对称算法能在大动态范围内实现稳定的解调输出，有效解决了常规零差对称算法解调过程中出现的信号大范围跳变问题。

在光纤中传输的光信号,其偏振态(SOP)会受到外界环境的影响而发生随机变化,因此在偏振复用光纤通信系统、偏振编码光纤量子密钥分发(QKD)等系统中,需要插入光纤信道偏振补偿模块对光纤中随机双折射效应引起的偏振态变化进行实时补偿,以保证相应通信系统能够正常工作。根据波分复用光纤信道偏振补偿的理论模型,实现了偏振态相互共轭的两路参考光的制备,采用集成化的偏振探测器对实时变化的偏振态进行检测。在此基础上,提出了一种可以实时补偿光纤信道偏振变化的实验系统,该系统可以应用于偏振复用的光纤通信系统中,也可应用于光纤QKD系统中。实验数据表明,所设计的实验系统可以保障QKD在5 km传输距离下连续稳定运行8 h以上,量子比特误码率为1.96%。

量子信号在大气信道中传输的可行性已经在多个实验中得到了证实。将量子通信终端搭载到移动平台被认为是量子通信实用化的重要发展之一, 可满足全球量子保密网络构建和**通信领域高保密性等需求。综述了量子密钥在地面与移动平台之间的分发所涉及的关键技术, 介绍了移动量子密钥分发技术目前的发展状况与难点, 并探讨了下一步实用化发展方向。

在以单模光纤作为量子信道,并采用光子偏振编码方式的量子密钥分发过程中,光纤的双折射效应会导致光子在光纤中传播时其偏振态发生随机变化,使安全密钥的最终成码率大幅度降低.利用两个四分之一波片和一个半波片的组合作为校正器,可以实现对任意偏振态的校正补偿.建立了一种以该类偏振校正器为执行机构的基于随机并行梯度下降控制算法的实时偏振补偿仿真控制模型,讨论了算法的随机扰动幅度、增益系数与收敛速度的关系,分析了算法对于偏振的校准能力.通过实验对算法的性能进行了验证.实验结果表明,经过一定次数的迭代后可将系统的偏振消光比校正到一个比较理想的状态.

为了避免机载光电吊舱中共口径光学系统内部由于道威棱镜旋转引起的激光照射脉冲偏振态的变化, 利用琼斯矩阵对道威棱镜的偏振特性与四分之一波片、半波片补偿道威棱镜旋转引起的激光脉冲偏振态变化进行了理论分析和实验验证。结果表明: 线偏振的激光脉冲通过旋转一定角度的道威棱镜时, 激光脉冲偏振态变为椭圆偏振, 偏振态发生变化; 而激光脉冲首先通过旋转一定角度的四分之一波片与半波片时, 可使通过道威棱镜系统的激光脉冲偏振态保持不变, 且两波片旋转角度与道威棱镜旋转角度之间存在一种非线性关系。采用偏振补偿方法可有效避免机载共口径光学系统中道威棱镜引起的激光脉冲偏振态变化, 提高激光脉冲能量利用率, 降低激光脉冲后向散射抑制难度。

针对采用偏振编码的卫星量子通信中的偏振保持问题,研究了大气散射和卫星与地面站间相对 运动对量子偏振态相位和对准的具体影响。仿真分析了量子偏振态相位延迟和对准误差对系统量子误码 率的影响,提出了一种新的BB84协议与半波片旋转相结合的偏振补偿方案。该方案通过对准提前量补偿的 加入弥补原有补偿方案补偿过程中不能进行通信的缺陷,可基本实现零角度偏振误差,保证卫星量子通 信的安全可靠性,且因该方案仅需在原有系统上添加一个半波片,易于实现。

偏振补偿是偏振编码量子密钥分发(QKD)系统的一项关键技术。介绍了利用偏振控制器和双向光路进行偏振补偿的基本原理，简述了偏振编码的QKD 系统中常用的光纤信道偏振补偿方案，包括双向光路偏振补偿方案，中断式偏振补偿方案，时分复用(TDM)偏振补偿方案和波分复用(WDM)偏振补偿方案。