不等臂干涉仪芯片及时间相位编码芯片的延时差调节方法

技术领域

本发明涉及量子保密通信领域，特别涉及一种用于不等臂干涉仪芯片及时间相位编码芯片的延时差调节方法。

背景技术

量子密钥分发(QKD)基于量子力学原理，由于量子不可克隆和测不准原理，是理论可证明无条件安全的密钥分发体系。随着量子密钥分发技术的发展，提供小体积、低成本和高稳定的量子密钥分发设备将更具竞争力。量子密钥分发往往涉及较复杂的光信号编码和解码，目前其编码和解码结构往往借助传统光纤器件组合形成，体积较大且成本较高。在光学芯片上实现光信号的编码和解码是小体积、低成本和高稳定量子密钥分发设备的重要解决方式之一。

图1示出了现有技术中的一种集成时间相位量子密钥分配系统发射端编码模块。如图1所示，编码模块利用光分束器一、光分束器二、相位调制模块一和相位调制模块二组成等臂干涉仪，利用光分束器二、光波导延时模块和合束器组成不等臂干涉仪。通过调制等臂干涉仪中的相位差，可以动态调制光信号的输出端口，以使光信号在不等臂干涉仪中仅沿长臂或短臂行进，或者同时沿长短臂行进，由此制备出符合BB84协议的4个态。

图2示出了现有技术中的另一种用于时间相位编码量子密钥分发系统的封装结构。如图2所示，封装结构利用光分束器BS1、Heater1与光分束器BS2组成等臂MZ干涉仪，且使等臂干涉仪连接一个不等臂干涉仪。类似地，借助Heater1调制等臂干涉仪中的相位差，动态调制光信号的输出端口，以使光信号在不等臂干涉仪中仅沿长臂或短臂行进，或者同时沿长短臂行进，由此制备出符合BB84协议的4个态。

由此可见，时间相位编码方案通常需要使用到不等臂干涉仪，且其中臂长差的细微偏差可能都会引起干涉结果变化，这种偏差达到数百纳米的水平就可能使获得完全相反的干涉结果。例如，干涉仪中的固有偏差如果过大，超过光源的相干长度，将直接导致无法测量到干涉现象。在控制好干涉仪固有偏差的前提下，还需要控制好环境变化引起的随机偏差(其会引起经过干涉仪的光脉冲的相位波动)，这往往借助相位调制器/移相器和探测器进行实时的闭环补偿。但是，虽然相位调制器/移相器能够具有较快的调节速率，但其调节范围仅有数个π相位(对应数个微米量级的光程)，无法应对干涉仪臂长差出现较大固有偏差的情形。

为减少干涉仪中的臂长差偏差的影响，目前的主要做法是借助光纤研磨等工艺精确控制干涉仪的臂长差，将两个或一批干涉仪的臂长差的固有偏差控制在较小水平下。同时，还可以在干涉仪中引入减震和保温设计来降低环境扰动的影响，以及利用相位调制器/移相器等器件进行实时补偿，例如可以参见“Faraday-Michelson system for quantumcryptography”、CN201822228162.7和CN201822226830.2等现有技术所公开的解决方案。然而，可以明显关注到，这类解决方案往往会导致干涉仪具有较大的体积，稳定性较差且系统较为复杂。

图1所示结构中呈现了一种解决方案，其中利用由一段波导线实现的波导延时模块来实现干涉仪的长臂。在这种解决方案中，能够实现小的体积和良好的抗环境扰动性能，但其采用的是芯片形式，芯片一旦加工后则难以再进行干涉仪臂长差的调节，因此对芯片加工工艺的一致性具有很高的要求。实际上，受限于芯片加工工艺，不同晶圆甚至同晶圆的干涉仪都可能存在较大的差异，这会导致干涉仪臂长差的固有偏差较大，远大于相位调制器/移相器的调节范围，甚至超出一般光源的相干长度，无法使用常规光源测量到干涉现象，而在芯片制作完成后又无法对其进行调节，这限制了其实际应用和规模组网(需要干涉仪可以任意配对，配对后两干涉仪臂长差差异较小)，可能也是阻碍目前基于片上干涉仪产品大规模部署的主要原因之一。

图3示出了现有技术中提出的另一种解决方案，即，在接收端设计可调延时单元。如图3所示，该解决方案需要在接收端设计有源器件(例如相位调制器)，但一般的有源器件对偏振敏感，而光纤链路会引起随机偏振变化，因此需要相应地设计偏振无关的接收端或者增加偏振补偿装置，这又会大幅地增加系统复杂度和技术难度。此外，接收端设计相关可调延时单元还会增加损耗，降低量子密钥分发设备的性能。

发明内容

针对现有技术中存在的上述问题，本发明公开了一种用于不等臂干涉仪芯片及时间相位编码芯片的延时差调节方法，其中，通过在不等臂干涉仪芯片(模块)的光臂上引入借助干涉仪结构实现的可调光延迟模块，使得能够简单地通过改变干涉仪结构的参数(例如调制相位、光衰减值等)，切换用于光信号的波导长度，调节可调光延迟模块在光臂上引入的延迟量，实现对不等臂干涉仪芯片及时间相位编码芯片的延时差的调节，有效解决例如不同批次或同批次不同芯片之间，实际延迟线长度差异过大导致时间相位编码芯片产品化受限的问题。

本发明的第一方面涉及一种用于不等臂干涉仪芯片的延时差调节方法，其中，

所述不等臂干涉仪芯片包括第一光分束器和第一光合束器，所述第一光分束器的两个输出端分别通过第一和第二波导连接第一光合束器的两个输入端；

所述第一和第二波导中的至少一个上设有可调光延迟模块，用于为沿波导传播的光信号提供时间延迟；

所述可调光延迟模块包括一个或级联的多个延迟切换单元，所述延迟切换单元基于干涉仪结构实现；

所述延时差调节方法包括调节步骤，用于通过改变所述干涉仪结构的参数，切换用于光信号的传输路径，以调节所述不等臂干涉仪芯片的延时差。

进一步地，所述延迟切换单元包括具有输入端和两个输出端的等臂MZ干涉仪，所述等臂MZ干涉仪的两臂相位差可调，且两个输出端分别通过第三和第四波导连接第二光合束器的两个输入端，所述第三和第四波导具有不同的光程；

在所述调节步骤中，通过调节所述等臂MZ干涉仪的两臂相位差，从所述等臂MZ干涉仪的两个输出端中选择一个用于输出光信号。

更进一步地，所述第三波导和第四波导上分别设置有可调光衰减器；并且，

所述调节步骤还包括通过调节所述可调光衰减器的衰减值，使光信号在第三波导或第四波导上消光的步骤。

进一步地，该方法还可以包括预设步骤，用于事先设置所述不等臂干涉仪芯片的延时差与所述等臂MZ干涉仪的两臂相位差之间的查询表；

在所述调节步骤中，利用所述查询表获得所述等臂MZ干涉仪的两臂相位差。

进一步地，所述延迟切换单元包括第三光分束器和第三光合束器，所述第三光分束器的两个输出端分别通过第七波导和第八波导连接第三光合束器的两个输入端，所述第七波导和第八波导上分别设有可调光衰减器，且所述第七波导和第八波导具有不同的光程；

在所述调节步骤中，通过调节所述可调光衰减器的衰减值，使光信号在第七波导或第八波导上消光。

进一步地，所述第一和第二波导中的至少一个上还设有衰减控制模块，用于为沿波导传播的光信号提供可控的衰减；

所述延时差调节方法还包括功率控制步骤，用于根据所述可调光延迟模块的时间延迟，调节所述衰减控制模块的衰减量。

可选地，所述衰减控制模块包括载流子注入型衰减器。

优选地，光分束器和光合束器为多模干涉仪或者定向耦合器；以及/或者，光分束器、光合束器及波导为硅材质。

可选地，不同延迟切换单元中的第三波导具有相同或不同的光程，不同延迟切换单元中的第四波导具有相同或不同的光程。

可选地，不同延迟切换单元中的第七波导具有相同或不同的光程，不同延迟切换单元中的第八波导具有相同或不同的光程；以及/或者，所述可调光衰减器是基于载流子注入原理实现的，或者是基于MZ干涉仪原理实现的。

本发明的第二方面涉及一种用于时间相位编码芯片的延时差调节方法，其中，

所述时间相位编码芯片包括第二光分束器、第一光分束器和第一光合束器；

所述第二光分束器的两个输出端分别通过第五和第六波导连接第一光分束器的两个输入端，所述第五和第六波导中的至少一个上设有用于对光信号进行相位调制的相位调节模块，从而构成等臂干涉仪芯片模块；

所述第一光分束器的两个输出端分别通过第一和第二波导连接第一光合束器的两个输入端，所述第一和第二波导中的至少一个上设有用于为光信号提供时间延迟的可调光延迟模块，从而构成不等臂干涉仪芯片模块；

所述可调光延迟模块包括一个或级联的多个延迟切换单元，所述延迟切换单元基于干涉仪结构实现；

所述延时差调节方法包括调节步骤，用于通过改变所述干涉仪结构的参数，切换用于光信号的传输路径，以调节所述不等臂干涉仪芯片模块的延时差。

进一步地，所述延迟切换单元包括具有输入端和两个输出端的等臂MZ干涉仪，所述等臂MZ干涉仪的两臂相位差可调，且两个输出端分别通过第三和第四波导连接第二光合束器的两个输入端，所述第三和第四波导具有不同的光程；

在所述调节步骤中，通过调节所述等臂MZ干涉仪的两臂相位差，从所述等臂MZ干涉仪的两个输出端中选择一个用于输出光信号。

更进一步地，所述第三波导和第四波导上分别设置有可调光衰减器；并且，

所述调节步骤还包括通过调节所述可调光衰减器的衰减值，使光信号在第三波导或第四波导上消光的步骤。

优选地，该方法还可以包括预设步骤，用于事先设置所述不等臂干涉仪芯片模块的延时差与所述等臂MZ干涉仪的两臂相位差之间的查询表；

在所述调节步骤中，利用所述查询表获得所述等臂MZ干涉仪的两臂相位差。

进一步地，所述延迟切换单元包括第三光分束器和第三光合束器，所述第三光分束器的两个输出端分别通过第七波导和第八波导连接第三光合束器的两个输入端，所述第七波导和第八波导上分别设有可调光衰减器，且所述第七波导和第八波导具有不同的光程；

在所述调节步骤中，通过调节所述可调光衰减器的衰减值，使光信号在第七波导或第八波导上消光。

进一步地，所述第一和第二波导中的至少一个上还设有衰减控制模块，用于为沿波导传播的光信号提供可控的衰减；

所述延时差调节方法还包括功率控制步骤，用于根据所述可调光延迟模块的时间延迟，调节所述衰减控制模块的衰减量。

可选地，所述衰减控制模块包括载流子注入型衰减器。

优选地，所述相位调节模块为载流子沉积型、载流子注入型或者载流子耗尽型；以及/或者，光分束器和光合束器为多模干涉仪或者定向耦合器；以及/或者，光分束器、光合束器及波导为硅材质。

可选地，不同延迟切换单元中的第三波导具有相同或不同的光程，不同延迟切换单元中的第四波导具有相同或不同的光程。

可选地，不同延迟切换单元中的第七波导具有相同或不同的光程，不同延迟切换单元中的第八波导具有相同或不同的光程。

附图说明

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明。

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需使用的附图作简单地介绍，显而易见，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图来获得其他的附图。

图1示出了现有技术中的集成时间相位量子密钥分配系统发射端编码模块；

图2示出了现有技术中的用于时间相位编码量子密钥分发系统的封装结构；

图3示出了现有技术中的一种具有可调延时单元的接收端结构；

图4示出了本发明的延时差可调的不等臂干涉仪芯片模块和时间相位编码芯片的一种示例；

图5示意性地示出了本发明的可调光延迟模块的级联形式；

图6示意性地示出了本发明的延迟切换单元的一种示例；

图7示意性地示出了级联形式实现的可调光延迟模块的一种示例；

图8示出了图6-7所示延迟切换单元和可调光延迟模块的进一步示例；

图9示出了本发明的延迟切换单元和可调光延迟模块的另一示例。

具体实施方式

在下文中，本发明的示例性实施例将参照附图来详细描述。下面的实施例以举例的方式提供，以便充分传达本发明的精神给本发明所属领域的技术人员。因此，本发明不限于本文公开的实施例。

在本发明中，时间相位编码芯片可以借助等臂干涉仪芯片模块和不等臂干涉仪芯片模块来实现，其中，等臂干涉仪芯片模块的输入端用于接收待编码的光信号，不等臂干涉仪芯片模块的输出端用于输出经时间相位编码的光信号。

当光信号经光波导进入时间相位编码芯片时，首先进入等臂干涉仪芯片模块。

通过调节等臂干涉仪芯片模块中两臂之间的相位差，可以控制光信号仅从等臂干涉仪芯片模块的某一输出端输出，或者同时从等臂干涉仪芯片模块的两个输出端输出且具有预设的相位差。

进一步地，借助不等臂干涉仪芯片模块的臂长差(即延时差)，可以在光信号上施加时间基矢下的信息。由此，实现对光信号的时间相位编码。

例如，可以调节使等臂干涉仪芯片模块中两臂之间的相位差为0，使光信号全部从等臂干涉仪芯片模块的第一输出端输出并进入不等臂干涉仪芯片模块的长臂，由此在光信号上制备|Z1>态；或者，可以调节使等臂干涉仪芯片模块中两臂之间的相位差为π，使光信号全部从等臂干涉仪芯片模块的第二输出端输出并进入不等臂干涉仪芯片模块的短臂，此时制备|Z0>态；或者，可以调节使等臂干涉仪芯片模块中两臂之间的相位差为π/2，使光信号等分地同时从等臂干涉仪芯片模块的两个输出端输出并分别进入不等臂干涉仪芯片模块的长臂和短臂，此时制备|X0>态；或者，可以调节使等臂干涉仪芯片模块中两臂之间的相位差为3π/2，使光信号等分地同时从等臂干涉仪芯片模块的两个输出端输出并分别进入不等臂干涉仪芯片模块的长臂和短臂，此时制备|X1>态。

如前所述，在时间相位编码方案中，发送方和接收方中不等臂干涉仪芯片模块的臂长差(延时差)的一致性对于量子密钥分发性能的影响非常显著。因此，本发明公开了一种用于不等臂干涉仪芯片和时间相位编码芯片的延时差调节方法，其将允许利用控制信号(例如相位驱动信号和/或可调衰减器驱动信号)大范围地调节不等臂干涉仪芯片模块中长短臂之间的延时差，实现发送方和接收方中臂长差的一致性。因此，可以允许降低芯片加工环节对不等臂干涉仪臂长差的一致性要求，减少设计环节对不等臂干涉仪抗环境扰动性的要求。

图4示意性地示出了根据本发明的延时差可调的不等臂干涉仪芯片模块。

如图所示，不等臂干涉仪芯片模块可以包括第一光分束器202，第一光合束器203，以及连接于第一光分束器202和第一光合束器203之间的第一和第二波导。

例如，第一光分束器202的第一输出端通过第一波导连接第一光合束器203的第一输入端，第一光分束器202的第二输出端通过第二波导连接第一光合束器203的第二输入端，第一光分束器202的输入端被用作不等臂干涉仪芯片模块的输入端，第一光合束器203的输出端被作为不等臂干涉仪芯片模块的输出端。

进一步地，还在不等臂干涉仪芯片模块的第一和第二波导中的至少一个(例如图4中的第一波导)上设置有可调光延迟模块401，用于为沿其所在的波导传播的光信号提供可调节的时间延迟，由此使不等臂干涉仪芯片模块具有可调节的臂长差(即，关于光信号的延时差)。

具体而言，可调光延迟模块401可以包括一个或多个延迟切换单元，其中，每个延迟切换单元均可以基于控制信号在多个不同的工作状态之间进行切换，并且在不同的工作状态下能够为光信号提供不同的时间延迟量。在优选示例中，在不同的工作状态下，光信号将在延迟切换单元中沿不同的波导传播，其中，不同的波导可以具有不同的长度(光程)。

图5示出了可调光延迟模块的一种示例，其为N个(N为大于1的整数)延迟切换单元通过波导依次连接形成的级联结构。在这种级联实现方式下，如果单个延迟切换单元具有M种工作状态(即允许在M种时间延迟量之间进行切换)，可调光延迟模块将可以为光信号提供M

例如，假设第i个延迟切换单元具有分别为Li1和Li2的最长和最短延迟量，则可调光延迟模块可以具有分别为(L11+L21+…+LN1)和(L12+L22+…+LN2)的最长和最短延迟量，且介于最长和最短延迟量之间还可以具有多个可选的延迟量。

图6示意性地示出了延迟切换单元的一种示例。

如图所示，延迟切换单元可以包括输入波导111、光路选择组件211、第三波导311、第四波导312、第二光合束器212和输出波导112。

输入波导111连接光路选择组件211的输入端，以允许光信号进入光路选择组件211。

光路选择组件211可以具有第一输出端和第二输出端，分别用于连接第三波导311和第四波导312。

根据本发明，第三波导311和第四波导312将被设置成具有不同的长度(光程)。例如图6所示，第三波导311和第四波导312分别为长波导和短波导。

进一步地，光路选择组件211可以被设置成能够根据控制信号，在使输入的光信号由第一输出端输出的第一工作状态和使输入的光信号由第二输出端输出的第二工作状态之间切换。由于分别与第一和第二输出端连接的第三和第四波导具有不同的长度，因此能够在不同的工作状态下为光信号提供不同的时间延迟量。

继续参见图6，第三波导311和第四波导312在另一端分别连接第二光合束器212的两个输入端，因此，借助第二光合束器212的合束作用，允许光路选择组件211中的光信号最终均从第二光合束器212的同一输出端输出，进入输出波导112。

本领域技术人员能够理解，在可调光延迟模块的级联实现方式下，对于N个延迟切换单元，不同延迟切换单元中的第三波导可以具有相同的长度，也可以具有不同的长度；类似地，不同延迟切换单元中的第四波导可以具有相同的长度，也可以具有不同的长度。

此外，尽管光路选择组件211可以借助任何具有光路选择切换功能的器件来实现，但在本发明中，还特别针对芯片实现场景，提出了一种新的光路选择组件实现方案，其中借助能够以成熟的芯片加工工艺在芯片上实现的MZ干涉仪结构，通过简单的控制过程，实现上述光路选择切换功能，这对于芯片设计而言是极其有利的。

图7示意性地示出了由三个延迟切换单元级联实现的可调光延迟模块，其中，延迟切换单元中的光路选择组件由等臂干涉仪来实现。

如图所示，光路选择组件211采用等臂干涉仪结构，其具有光分束器、光合束器以及借助波导形成于两者之间的第一和第二臂，其中，第一和第二臂中的至少一个上设置有相移器321、322、323，由此允许通过调节两臂之间的相位差，为输入的光信号选择不同的输出端输出，实现两种不同工作状态之间的切换。

具体而言，在图7所示用于光路选择组件的等臂干涉仪中：光分束器的输入端作为光路选择组件的输入端，用于接收光信号；光合束器的两个输出端作为光路选择组件的两个输出端，分别用于连接第三和第四波导。

因此，借助用于相移器321、322、323的驱动信号，可以控制光信号进入第三波导或第四波导，获得所选择的时间延迟量。其中，相移器321、322、323可以优选为热调谐型相移器。

下面将结合图7，进一步说明借助等臂MZ干涉仪实现的可调光延迟模块的工作过程，以更清楚地理解本发明的不等臂干涉仪芯片模块的延时差调节原理。

在图7的示例中，可调光延迟模块401包括通过波导级联的第一延迟切换单元、第二延迟切换单元和第三延迟切换单元。

第一延迟切换单元包括其臂上设有相移器321的干涉仪、具有光程L11的第三波导、具有光程L12的第四波导和第二光合束器。

第二延迟切换单元包括其臂上设有相移器322的干涉仪、具有光程L21的第三波导、具有光程L22的第四波导和第二光合束器。

第三延迟切换单元包括其臂上设有相移器323的干涉仪、具有光程L31的第三波导、具有光程L32的第四波导和第二光合束器。

对于每个延迟切换单元，可以利用外部直流驱动信号控制其中的相移器321/322/323，以使光信号进入第三波导或第四波导。例如，可以将等臂干涉仪上下两臂之间的相位差调节为0，使光信号全部进入较长的第三波导，或者可以将干涉仪上下两臂之间的相位差调节为π，使光信号全部进入较短的第四波导。由此，调节可调光延迟模块401为光信号提供的延迟量。

下面的表一呈现了在L11＝3ps，L12＝1ps，L21＝5ps，L22＝1ps，L31＝9ps，L32＝1ps时，借助相移器在各级延迟切换单元的两臂之间调制出不同的相位差时，可调光延迟模块401最终实现的目标延迟量。

(表一)

从表一中可以看到，通过自由控制各级延迟切换单元中干涉仪两臂之间的相位差，可以实现各级延迟切换单元中延迟量的切换，并经过3级延迟累积得到了3ps到17ps，步进2ps的延迟量调节能力。

本领域技术人员能够理解，可以事先建立各级延迟切换单元中干涉仪两臂之间的相位差与目标延迟量的查询表，以便允许根据查询表，方便地借助相移器在各级延迟切换单元中实现所需要的两臂相位差，为光信号提供所期望的延迟量。

图8示意性地示出了图6-7所示延迟切换单元的进一步示例。

如图8所示，延迟切换单元还可以包括分别设置在第三波导和第四波导上的可调光衰减器VOA。因此，当借助光路选择组件中的相位调制选择使光信号进入第三波导(或第四波导)传输时，还可以控制第四波导(或第三波导)上可调光衰减器VOA的衰减值，使第四波导(或第三波导)上的光信号衰减至消光状态，由此允许降低MZ干涉仪中相移器(或相位调制器)消光比的要求。

图9示意性地示出了根据本发明的延迟切换单元的另一示例。

如图9所示，延迟切换单元可以包括第三光分束器BS和第三光合束器BS，第三光分束器的两个输出端分别通过第七波导和第八波导连接第三光合束器的两个输入端，构成干涉仪结构，其中，第三光分束器的输入端用作延迟切换单元的输入端，第三光合束器的输出端用作延迟切换单元的输出端。

作为示例，第七波导和第八波导具有不同的光程，例如第七波导相对于第八波导具有时间延迟dT1、dT2、dT3…。

为实现时间延迟量切换功能，可以分别在第七波导和第八波导上设置可调光衰减器VOA。因此，可以通过控制使第七(或第八)波导上可调光衰减器VOA的衰减值增大至近似将光路断开，实现光信号仅仅从第八(或第七)波导通过并从延迟切换单元输出，由此实现用于光信号的时间延迟量的切换。

在本发明中，可调光衰减器VOA可以是基于载流子注入原理的，也可以是基于MZ干涉仪原理实现的。

类似地，可调光衰减器VOA可以是由硅材料形成。

继续参见图4，在本发明的不等臂干涉仪芯片模块中，还可以在第一波导和第二波导中的至少一个上设置衰减控制模块501，用于为沿其所在的波导传播的光信号提供可控的衰减，例如补偿沿不等臂传播的光信号因受到不同衰减而形成的功率差，使光信号在不等臂干涉仪芯片模块中的衰减量一致。

例如，在基于时间相位编码方案的量子密钥分发过程中，可以在完成不等臂干涉仪芯片模块中长短两臂的延迟量标定之后，通过调节衰减控制模块的工作状态，使长短两臂的衰减量达到一致，由此保证光信号在时间相位编码过程中的功率均衡，制备得到延迟符合预期的量子态。

优选地，衰减控制模块501可以包括载流子注入型衰减器。

优选地，不等臂干涉仪芯片模块可以在硅基芯片上实现。因此，光分束器(例如第一光分束器202和第三光分束器)、光合束器(例如第一光合束器203、第二光合束器212和第三光合束器)及波导(例如第一波导、第二波导、第三波导、第四波导、输入波导、输出波导等)均可以由硅材料形成。

优选地，光分束器(例如第一光分束器202和第三光分束器)、光合束器(例如第一光合束器203、第二光合束器212和第三光合束器)可以为多模干涉仪或定向耦合器。

进一步地，上述不等臂干涉仪芯片模块还可以实现为单独的芯片，得到一种不等臂干涉仪芯片。

下面将继续描述基于本发明的不等臂干涉仪芯片，用于对不等臂干涉仪芯片的延时差进行调节的方法。

从上文可知，本发明利用干涉仪结构(例如图6-8中的等臂MZ干涉仪和不等臂干涉仪的组合，或者图9中两臂设有衰减器的不等臂干涉仪)实现一种可通过切换光信号传输路径，对其提供时间延迟切换的延迟切换单元。

因此，在本发明的延时差调节方法中，可以通过改变用于实现延迟切换单元的干涉仪结构的参数(例如两臂相位差、光臂上的衰减值等)，切换用于光信号的传输路径，实现调节步骤，用于对不等臂干涉仪芯片的延时差进行调节。

具体而言，当干涉仪结构包括上文关于图6-7描述的等臂MZ干涉仪和不等臂干涉仪的组合时，在调节步骤中，可以针对进入延迟切换单元中的光信号，通过控制等臂MZ干涉仪的两臂相位差，选择等臂干涉仪的两个输出端中的一个用于输出光信号，使其沿第三波导或第四波导传播，从而获得不同的延迟量，由此控制延迟切换单元(可调光延迟模块401)所在臂的延迟量，实现对不等臂干涉仪芯片的延时差的调节。

当干涉仪结构采用图8所示的等臂MZ干涉仪、不等臂干涉仪和可调光衰减器VOA的组合时，调节步骤还可以包括调节不等臂干涉仪中可调光衰减器VOA的衰减值，使光信号在第三波导或第四波导上消光的步骤。如前所述，如此可以允许放宽对等臂MZ干涉仪中消光比的要求，通过使第三或第四波导上的光衰减值增大至令光信号达到消光状态，实现光传输路径选择的目的。

此时，本发明的延时差调节方法还可以优选包括预设步骤。在优选的预设步骤中，可以事先确定不等臂干涉仪芯片的延时差与延迟切换单元中等臂MZ干涉仪的两臂相位差之间对应关系，并据此建立相应的查询表，使得在调节步骤中，能够根据目标延迟量，通过对查询表的查询，直接获得与其相应的延迟切换单元中等臂MZ干涉仪的两臂相位差，由此允许方便地调节等臂MZ干涉仪的两臂相位差，以实现所需要的延时差。

当干涉仪结构采用如图9所示在由第三光分束器和第三光合束器形成且两臂上设置有可调光衰减器VOA的不等臂干涉仪时，可以通过调节不等臂干涉仪中可调光衰减器VOA的衰减值，使光信号在第七波导或第八波导上消光，以对光传输路径进行选择，由此实现延时差调节功能。

进一步地，由于延迟量是通过改变用于光信号传播的波导的长度实现的，因此，为补偿延迟量变化导致光信号衰减量(强度)的波动，本发明的延时差调节方法还可以包括功率控制步骤。

在功率控制步骤中，可以根据可调光延迟模块401的延迟量，调节衰减控制模块501的衰减量，使得对于同样的输入光信号，由不等臂干涉仪芯片输出的光信号具有均衡的功率，这对于其在时间相位编码方案中的应用是有利的。

继续参见图4，其示出了一种延时差可调的时间相位编码芯片。如图所示，时间相位编码芯片包括等臂干涉仪芯片模块，以及上述延时差可调的不等臂干涉仪芯片模块，其中，等臂干涉仪芯片模块的光合束器和不等臂干涉仪芯片模块的光分束器复用同一光分束器202(光合束器)。

具体而言，不等臂干涉仪芯片模块中的第一光分束器202具有两个输入端，即第一输入端和第二输入端。

在等臂干涉仪芯片模块中，第二光分束器201的第一输出端通过第五波导连接第一光分束器202的第一输入端，第二光分束器201的第二输出端通过第六波导连接第一光分束器202的第二输入端，并在第五波导和第六波导中的至少一个上设置相位调节模块301/302，例如图4所示，分别在第五和第六波导上设置相位调节模块301和302。由此，可以实现以第二光分束器201的输入端作为输入端的等臂干涉仪芯片模块，同时实现等臂干涉仪芯片模块与(延时差可调的)不等臂干涉仪芯片模块的连接，由此得到一种延时差可调的时间相位编码芯片。

相应地，在时间相位编码芯片中，第二光分束器201的输入端可以连接输入波导101，以接收待编码的光信号；第一光合束器203的输出端可以连接输出波导102，以输出经编码的光信号。

因此，当光信号经输入波导101进入等臂干涉仪芯片模块时，可以通过外部脉冲电压信号驱动相位调节模块301/302的相移状态，将等臂干涉仪芯片模块中两臂之间相位差调节为0，使光信号全部从第一光分束器202(其被复用为等臂干涉仪芯片模块中的光合束器)的第一输出端输出并进入不等臂干涉仪芯片模块的第一波导，由此在光信号上制备|Z1>态；或者，可以将等臂干涉仪芯片模块中两臂之间的相位差调节为π，使光信号全部从第一光分束器202的第二输出端输出并进入不等臂干涉仪芯片模块的第二波导，此时制备|Z0>态；或者，可以将等臂干涉仪芯片模块中两臂之间的相位差调节为π/2，使光信号等分地同时从第一光分束器202的两个输出端输出以分别进入不等臂干涉仪芯片模块的第一和第二波导，此时制备|X0>态；或者，可以将等臂干涉仪芯片模块中两臂之间的相位差调节为3π/2，使光信号等分地同时从第一光分束器202的两个输出端输出以分别进入不等臂干涉仪芯片模块的第一和第二波导，此时制备|X1>态。

期间，可以在不等臂干涉仪芯片模块中，可以通过控制可调光延迟模块401中延迟切换单元的工作状态，为光信号切换不同的传输路径，以在不等臂干涉仪芯片模块中实现所期望的两臂延时差。具体可以参见上文，此处不再赘述。

同时，还可以在不等臂干涉仪芯片模块中，控制衰减控制模块501的工作状态，使光信号在两臂上得到一致的衰减，由此制备得到功率均衡、延迟符合预期的量子态。

优选地，时间相位编码芯片可以由硅基芯片来实现。相应地，其中所有的光分束器、光合束器和波导均由硅材料形成。

优选地，第二光分束器201可以为多模干涉仪或定向耦合器。

优选地，相位调节模块301、302可以为载流子沉积型、载流子注入型或者载流子耗尽型。

同样地，本发明还公开了一种用于时间相位编码芯片的延时差调节方法，其可以包括调节步骤和功率控制步骤。

具体而言，该调节步骤和功率控制步骤可以分别借助上文中关于用于不等臂干涉仪芯片的延时差调节方法中的调节步骤和功率控制步骤来实现，因此，不再赘述。

进一步地，本发明的用于时间相位编码芯片的延时差调节方法还可以包括预设步骤，其也可以借助上文中关于用于不等臂干涉仪芯片的延时差调节方法中的预设步骤来实现，因此，此处也不再赘述。

综上，本发明通过在不等臂干涉仪芯片/芯片模块的光臂上引入基于干涉仪结构实现的可调光延迟模块，提出了一种用于不等臂干涉仪芯片和时间相位编码芯片的延时差调节方法，其通过简单的改变干涉仪结构的某些参数(例如调制相位、光衰减值等)，可以在大的范围内和可控的调节精度，实现延时差的调节，从而有效解决现有技术因工艺误差引入的芯片间不可控的延迟量差异，有利于时间相位编码芯片的工程应用。同时，在本发明中，还允许引入长延迟量的冗余设计，且总延迟量及延迟调节精度可以方便自由地定义，使得本发明的方案可以具有更广泛的适用范围。

尽管前面结合附图通过具体实施例对本发明进行了说明，但是，本领域技术人员容易认识到，上述实施例仅仅是示例性的，用于说明本发明的原理，其并不会对本发明的范围造成限制，本领域技术人员可以对上述实施例进行各种组合、修改和等同替换，而不脱离本发明的精神和范围。