一种可调波分复用与纠缠光子配对复用及编码调制装置

技术领域

本发明涉及量子信息技术领域与光通信技术领域，具体涉及一种可调波分复用与纠缠光子配对复用及编码调制装置。

背景技术

纠缠光子是量子通信、量子计算、量子精密测量等量子信息技术的重要核心资源之一，对纠缠光子的波分复用、编码与分析是高效利用该核心资源的重要技术手段。

现有技术中公开了一种双晶体可调波分复用器(CN 207752186 U)，并进一步公开了：在所述壳体的一端设置有光路进口，在所述壳体的顶部设置有光路输入/输出口，在所述壳体内设置有第一晶体、第二晶体和光栅，所述第一晶体在所述壳体内固定设置，所述第二晶体在所述壳体内活动设置。采用上述技术方案，由于采用双晶体的设计，使得在波分时能够更细化的分出不同波长的光信号，同时将第二晶体设置为移动式，收集特定波长光信号。该实用新型专利通过第二晶体的整体移动实现分波的细化与某一特定波长的选择，可以实现一定的调谐能力。

此专利公开的技术方案，存在如下缺点：波长调谐能力弱，只能对某一波长附近的整体波长进行调谐，为整体调谐，无法做到任意波长的单独独立调谐与同时调谐；功能单一，无法实现多个波长通道的同时独立选择与通道带宽调节，无法实现纠缠光子对配对复用调节，无法实现纠缠光子编码与分析等功能，无法实现精密的后选择波长调谐，无法实现二向色镜分光功能等。

现有技术中还公开了低功耗光功率可调波分复用器(CN 115793151 A)该发明利用阵列波导光栅实现固定波长的波分复用并通过在每个固定波长通道引入可变光衰减器实现光功率可调波分复用器，利用控制模块可以对每一路光功率进行可编程调控。该可调波分复用发明专利主要实现可调的功率衰减功能，而不能实现波长的调谐。

此专利公开的技术方案，存在如下缺点：波导阵列光栅实现的波分复用其每个通道的波长一般是固定的，只能通过温度或电场进行非常微小的波长调谐，这种调谐一般用于实现对波长漂移的抑制而无法真正实现波长调谐的功能，而上述光功率衰减的方案占用空间大，控制较为复杂，无法实现波长调谐功能。

综上所述，现有技术中的波分复用方法或装置存在如下缺点：光场不可多维度调控、复用波长固定或不可大范围调谐、复用带宽不可调谐、每个复用通道波长无法独立调谐、无法实现纠缠光子对成对匹配与配对复用、无法实现纠缠光子对编码复用或解复用、无法扩展、无法满足多光子纠缠多波长复用需求、不具备纠缠光子光谱分析与频率量子信息处理功能等缺点。

因此，现需要一种具有频谱分析能力的可调波分复用与纠缠光子配对复用及编码调制装置。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种可调波分复用与纠缠光子配对复用及编码调制装置，以解决现有技术中波分复用方法或装置的光场不可多维度调控、复用波长固定或不可大范围调谐、复用带宽不可调谐、每个复用通道波长无法独立调谐、无法实现纠缠光子对成对匹配与配对复用、无法实现纠缠光子对编码复用或解复用、无法扩展、无法满足多光子纠缠多波长复用需求、不具备纠缠光子光谱分析与频域量子信息处理功能的问题。

为实现上述目的，本发明提供了一种可调波分复用与纠缠光子配对复用及编码调制装置，包括：一种可调波分复用与纠缠光子配对复用及编码调制装置，包括：壳体、从外部穿入壳体的第一光纤，和位于壳体内部的第一光纤固定装置、光束耦合/准直模块、光束整形调控模块、第一偏振控制模块、可调环形器模块、多个第一光谱处理模块P、一个第二光谱处理模块Q和编码复用控制模块；可调环形器模块具有一个第一端口和多个第二端口；

第一光纤固定装置固定于壳体上，第一光纤通过第一光纤固定装置从外部穿入壳体内，第一光纤位于壳体内的一端与光束耦合/准直模块连接，n光子纠缠光通过光束耦合/准直模块后，依次通过位于壳体内的光束整形调控模块、第一偏振控制模块和可调环形器模块，其中n为大于1的整数；随后，纠缠光通过可调环形器模块的第一端口输入后从第二端口出射，共有n个第二端口，第1个至第n-1个第二端口分别对应一个第一光谱处理模块P，第n个第二端口对应第二光谱处理模块Q，从多个第二端口出射后再经过与之对应的第一光谱处理模块P或第二光谱处理模块Q，纠缠光被多个与之对应的第一光谱处理模块P或第二光谱处理模块Q后进行可调波分复用、调制与信息处理操作，编码复用控制模块控制第一光谱处理模块P和第二光谱处理模块Q。

进一步地，第一光谱处理模块P包括：第一光谱分光/合束模块、第一光场空间分布调控模块、分光反射模块、第一光波调控与调制模块、第二光场空间分布调控模块、第二光谱分光/合束模块、第一可调耦合阵列模块、第二阵列光纤、第二阵列光纤固定装置和第二偏振控制模块。

纠缠光从可调环形器模块的第一端口入射后，从第二端口出射，第二端口有多个，端口朝向任意方向，通过增加反射镜的方法调整光线入射分光/合束模块等或其他模块的方向和角度；当第二端口为两个，分别为端口B和端口C，端口B、端口C与第一端口位于同一水平面；纠缠光从端口B照射于第一光谱分光/合束模块上，第一光谱分光/合束模块可转动地固定于壳体内部，经第一光谱分光/合束模块反射后的纠缠光照射于第一光场空间分布调控模块，第一光场空间分布调控模块为透射式或反射式，位于第一光谱分光/合束模块的上方，第一光场空间分布调控模块能依据光束照射方向进行旋转与平移，确保完全接收第一光谱分光/合束模块出射光束；第一光谱分光/合束模块位置依据可调环形器模块端口B光束出射方向与角度进行调整设置；分光反射模块、第一光波调控与调制模块和第二光场空间分布调控模块由下自上依次平行设置，保证第一光波调控与调制模块的光学界面垂直于光束照射方向，且均可平移；分光反射模块将纠缠光中的所需波段反射；第一光波调控与调制模块将纠缠光中的剩余波段经调控编码4操作后透射于第二光场空间分布调控模块；随后，经过第二光谱分光/合束模块照射于第一可调耦合阵列模块，第一可调耦合阵列模块将该部分光波耦入第二阵列光纤的某一指定通道中或按照不同波长或波段分别耦入一定数量的波长通道中。

第二光谱分光/合束模块可转动地设置在壳体上，并位于第二光场空间分布调控模块上方。

第二阵列光纤固定装置设置于壳体上，用于固定第二阵列光纤，第二阵列光纤从壳体内依次经过壳体和第二偏振控制模块后穿出；第二偏振控制模块也可以置于壳体内部，此时第二阵列光纤先通过第二偏振控制模块，再通过壳体后穿出。

进一步地，第二光谱处理模块Q包括：第三光谱分光/合束模块、第三光场空间分布调控模块、第二光波调控与调制模块、第四光场空间分布调控模块、第四光谱分光/合束模块、反射调控模块、第二可调耦合阵列模块、第三阵列光纤、第三阵列光纤固定装置、第三偏振控制模块。

分光反射模块反射的光束原路返回，经第一光谱分光/合束模块合束后，入射可调环形器模块端口B，再从端口C出射，入射第三光谱分光/合束模块后射于第三光场空间分布调控模块；第三光谱分光/合束模块可转动地设置于壳体上，第三光场空间分布调控模块、第二光波调控与调制模块和第四光场空间分布调控模块从左至右相互平行设置，且均可平移，保证光束照射方向垂直于第二光波调控与调制模块的光学界面；光束依次经过第二光波调控与调制模块和第四光场空间分布调控模块后出射，入射于第四光谱分光/合束模块，随后入射于反射调控模块，反射调控模块可转动地设置于壳体上，入射于第二可调耦合阵列模块后，第二可调耦合阵列模块将信号光耦入第三阵列光纤的某一指定通道中或按照需求将不同波长成分的光子或光束分别耦入不同的通道中。

第三阵列光纤固定装置设置于壳体上，用于固定第三阵列光纤，第三阵列光纤从壳体内依次经过壳体和第三偏振控制模块后穿出；第三偏振控制模块也可以置于壳体内部，此时第三阵列光纤先通过第三偏振控制模块，再通过壳体后穿出。

进一步地，第一光谱分光/合束模块将不同波长成分的纠缠光子在空间上进行角谱分布调控，经过第一光场空间分布调控模块将呈现角分布的光谱转换为垂直于光束传播方向的不同空间位置的波长分布，此时每个波长成分的光束均互相平行传播且空间路径不重合，而纠缠光子的信号光和闲置光分别在某一中心波长所处空间位置的两侧分布，通过移动分光反射模块的位置将纠缠光子对的信号光与闲置光进行分束，或者对指定某一波段纠缠光的反射选取；闲置光(或所需波段光束)经反射后原路返回，经第一光谱分光/合束模块后变为准直小模场光束，入射可调环形器模块的端口B后，从端口C出射，并入第三射光谱分光/合束模块，第三光场空间分布调控模块将闲置光光谱进行空间分布调控，将呈现角分布的光谱转换为垂直于光束传播方向的不同空间位置的波长分布，此时每个波长成分的光束均互相平行传播且空间路径不重合，波长在空间上独立分布的平行光束经由第二光波调控与调制模块对每个独立空间分布的单色光束进行空间光场光波信息调控处理与编码调制操作。

未被分光反射模块反射的剩余光束保持光束平行波长独立的空间光谱分布的形式入射第一光波调控与调制模块，第一光波调控与调制模块对每个独立分布的波长成分进行空间光场调控处理与编码调制操作；第一和第二光波调控与调制模块通过编码复用控制模块进行智能控制联动调控，之后，经波长选择调谐、配对复用、带宽调控、编码调制处理操作的信号光和闲置光分别经第二光场空间分布调控模块和第四光场空间分布调控模块进行合束，然后分别入射第二光谱分光/合束模块和第四光谱分光/合束模块，第二和第四光谱分光/合束模块将所有波长成分合束或按需求形成一定的空间分布，再经过第一和第二可调耦合阵列模块分别将信号光和闲置光耦入第二阵列光纤和第三阵列光纤的某一指定通道，或按需求分别耦合到不同的光纤通道中。

进一步地，光束耦合/准直模块包括：光纤方位调控结构、凹面镜和第一反射镜，凹面镜和第一反射镜可转动地设置在壳体上，转动凹面镜和第一反射镜的角度，以合适的方位使从第一光纤中出射的光束角度可调。

进一步地，第一、第二和第三偏振控制模块包括：偏振调控结构、第一偏振分束器、光束耦合模块、光纤和光探测器；光探测器用外置探测器替代，如超导单光子探测器。

偏振调控结构和第一偏振分束器位于同一入射光路上，且在第一偏振分束器透射光束方向上；光束耦合模块、光纤和光探测器依次设置于第一偏振分束器的反射光路方向；当光探测器经光纤连接外置探测器，光纤通过壳体上的光纤法兰与外置探测器相连；外置探测器探测信号通过壳体上的USB接口或其他电信号接口输入编码复用控制模块进行偏振态判定、检测与反馈调控。

当一束线偏振光通过偏振控制结构，通过电动位移结构使得偏振可以360°旋转，假设第一偏振分束器使竖直偏振透射，水平偏振反射，被反射的水平偏振通过光束耦合模块耦入光纤，而后输入光探测器探测光强，经编码复用控制模块进行偏振态判定、检测与反馈调控。

进一步地，可调环形器包括：反射镜一、反射镜二、第一旋光装置、第二偏振分束器、第一偏振控制器、第一双折射晶体、第二旋光装置、反射镜三、反射镜四、反射镜五、反射镜六、第二偏振控制器、第二双折射晶体、第三旋光装置、第二偏振控制器和反射镜七。

反射镜一设置在第一输入/输出口处，反射镜六设置在第二输入/输出口处，第三旋光装置设置在第三输入/输出口处，反射镜二设置在反射镜一的下方，反射镜二、第一旋光装置、第二偏振分束器、第一偏振控制器、第一双折射晶体、第二旋光装置和反射镜三，从左至右分布并在同一水平线上，反射镜三上方设置反射镜四、反射镜四和反射镜六位于同一水平线上，反射镜五位于反射镜六正下方。

第一双折射晶体、第二偏振控制器、第二双折射晶体和第三旋光装置从上至下分布，并位于同一直线上。

反射镜七位于第二偏振分束器下方，第二偏振分束器、第二偏振控制器、第二双折射晶体从左至右分布，并位于同一水平线上。

进一步地，反射镜一、反射镜二、反射镜三、反射镜四、反射镜五、反射镜六和反射镜七可旋转与可平移地设置在壳体上。

进一步地，第一、第二、第三和第四光场空间分布调控模块为反射式时，光束被第一、第二、第三和第四光场空间分布调控模块反射的方向，分光反射模块、第一光波调控与调制模块、第二光波调控与调制模块可旋转或可平移设置，以确保光束光垂直照射于各个模块的光学界面。

进一步地，第一和第二光波调控与调制模块包括：液晶像素开关或多个可调狭缝结构、空间光调制器或其他类型的调制器、非线性晶体和位移装置，可调狭缝结构的数量按照所需波长通道数量设置，液晶像素开关或多个可调狭缝结构、空间光调制器或其他类型的调制器、非线性晶体均位于位移装置上，液晶像素开关或可调谐狭缝结构、空间光调制器以及非线性晶体近邻平行放置，且三者的相对位置可互换，或使某一部分移出光路，即由第一或第二或第三或第三光场空间分布调控模块射出的平行光束先通过液晶像素开关或可调谐狭缝结构再通过空间光调制器或其他类型的调制器，再通过非线性晶体；或者先通过非线性晶体、再通过调制器、最后再通过液晶像素开或可调狭缝结构，当不需某一部分功能时将相应装置移出光路。

本发明具有如下有益效果：

(1)本发明通过对光场偏振、空间分布、频域分布等多维度精细调控，实现复用波长的连续大范围可调谐、复用波长通道的带宽可调谐、复用波长通道的数量可调谐等多方位可调谐功能，具有极大的兼容性，并结合智能控制或人工智能可实现多种频段、多种类型光波(包括量子光)的按需波长通道的有机组合及其复用/解复用功能，即随意波长切换与通道切换，以及某几个波长通道的协同配对与调控。

(2)本发明通过控制光路的可逆与不可逆，以及控制光束从指定端口输出，并利用光路不可逆调控模块单元的级联与有机组合，实现输入/输出端口可任意扩展的可调环形器模块/结构，且该环形器支持任意自定义输入端口与输出端口配对组合，满足多路、多波段、多光子纠缠分光、复用/解复用、编码调制等需求。

(3)本发明通过可扩展的多端口可调环形器、光谱分光/合束、光场空间分布调控、光波调控与调制等模块或结构的协同配合联动调控，实现两光子纠缠、三光子纠缠以及多光子纠缠的波长匹配可调波分复用/解复用，并通过相应的调制模块实现相对应复用/解复用光子信号的调控、调制编码等功能。

(4)本发明通过增加可调环形器中的光路端口以及相应的光场调控处理模块，利用上述模块的可重复性、可扩展性及其有机组合，满足多种需求配置的波分复用/解复用以及相应一系列波长组合的编码调制，具有很大的可扩展性与通用性，不仅可以满足经典光复用/解复用、编码调制需求，更能满足各种纠缠光配对波分复用/解复用、编码调制需求。

(5)本发明利用光波调控与调制结构等光场处理模块的有机组合与协同控制，可以对每一个频率成分的光子进行相位调制、强度调制以及偏振调制，可以实现波长探针功能，通过扫描实现纠缠光子对光谱分析与带宽测量，能够对所需的频率成分(波长)进行多种类型的编码调制，也可以进行混频调制、频率干涉等操作，实现纠缠光子的编码调制、谱分解等量子信息处理功能。

(6)本发明实现了多路耦合与同步输出功能、光混频功能等。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，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获得其他的附图。在附图中：

图1示出了本发明的一种可调波分复用与纠缠光子配对复用及编码调制装置结构示意图；

图2示出了本发明的一种可调波分复用与纠缠光子配对复用及编码调制装置的另一种结构示意图；

图3示出了透射式耦合/准直结构示意图；

图4示出了反射式耦合/准直结构示意图；

图5示出了偏振反馈控制模块结构示意图；

图6示出了可调环形器模块工作方式一的示意图；

图7示出了可调环形器模块工作方式二示意图；

图8示出了宽带纠缠光子对光谱；

图9示出了本发明图1的透射式光路示意图；

图10示出了本发明图2的反射式光路示意图。

图11示出了本发明实施例二的n光子纠缠的可调多路波分复用装置结构示意图。

其中，上述附图中的附图标记为：

1、壳体；2、第一光纤；3、第一光纤固定装置；4、光束耦合/准直模块；4-3、光纤方位调控结构；4-4、透镜或透镜组；4-5、第一反射镜；4-6、第二反射镜；4-7、凹面镜；5、光束整形调控模块；6、第一偏振控制模块；6-1、偏振调控结构；6-2、第一偏振分束器；6-3、光束耦合模块；6-4、光纤；6-5、光探测器；7、可调环形器模块；7-1、反射镜一；7-2、反射镜二；7-3、第一旋光装置；7-4、第二偏振分束器；7-5、偏振控制器；7-6、第一双折射晶体；7-7、第二旋光转置；7-8、反射镜三；7-9、反射镜四；7-10、反射镜五；7-11、反射镜六；7-12、第二偏振控制器；7-13、第二双折射晶体；7-14、第三旋光装置；7-15、第二偏振控制器；7-16、反射镜七；8、第一光谱分光/合束模块；9、第一光场空间分布调控模块；10、分光反射模块；11、第一光波调控与调制模块；12、第二光场空间分布调控模块；13、第二光谱分光/合束模块；14、第一可调耦合阵列模块；15、第二阵列光纤；16、第二阵列光纤固定装置；17、第二偏振控制模块；18、第三光谱分光/合束模块；19、第三光场空间分布调控模块；20、第二光波调控与调制模块；21、第四光场空间分布调控模块；22、第四光谱分光/合束模块；23、反射调控模块；24、第二可调耦合阵列模块；25、第三阵列光纤；26、第三阵列光纤固定装置；27、第三偏振控制模块；28、编码复用控制模块。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例一

如图1所示的一种可调波分复用与纠缠光子配对复用及编码调制装置，包括：壳体1、从外部穿入壳体1的第一光纤2，和位于壳体内部的第一光纤固定装置3、光束耦合/准直模块4、光束整形调控模块5、第一偏振控制模块6、可调环形器模块7、多个第一光谱处理模块P、一个第二光谱处理模块Q和编码复用控制模块28；可调环形器模块具有一个第一端口和多个第二端口；

第一光纤固定装置固定于壳体上，第一光纤通过第一光纤固定装置从外部穿入壳体内，第一光纤位于壳体内的一端与光束耦合/准直模块连接，n(n为大于1的整数)光子纠缠光通过光束耦合/准直模块后，依次通过位于壳体内的光束整形调控模块、第一偏振控制模块和可调环形器模块；随后，纠缠光通过可调环形器模块的第一端口输入后从第二端口出射，共有n个第二端口，第1个至第n-1个第二端口分别对应一个第一光谱处理模块P，第n个第二端口对应第二光谱处理模块Q，从多个第二端口出射后再经过与之对应的第一光谱处理模块P或第二光谱处理模块Q，纠缠光被多个与之对应的第一光谱处理模块P或第二光谱处理模块Q后进行可调波分复用、调制与信息处理操作，编码复用控制模块控制第一光谱处理模块P和第二光谱处理模块Q。上述处理与操控由编码复用控制模块28进行中枢控制；编码复用控制模块28作为中枢处理控制装置，其功能作用包括但不限于各个模块的联动协同操控、编码调制、解码，以及配对复用、分光波段、复用波长与带宽等性能参数的精细调控与运算处理(指令发送与信号接收处理)等。

具体地，第一光谱处理模块P包括：第一光谱分光/合束模块8、第一光场空间分布调控模块9、分光反射模块10、第一光波调控与调制模块11、第二光场空间分布调控模块12、第二光谱分光/合束模块13、第一可调耦合阵列模块14、第二阵列光纤15、第二阵列光纤固定装置16和第二偏振控制模块17；

纠缠光(光束/光线)从可调环形器模块7的第一端口入射后，从第二端口出射，第二端口有多个，端口朝向任意方向，可以通过增加反射镜等方法调整光线入射分光/合束模块等功能模块的方向和角度，即使各个模块或结构元件不在同一平面也可确保正常工作；为了简单起见，以两个第二端口的情况为例，当第二端口为两个，分别为端口B和端口C，端口B、端口C与第一端口位于同一水平面；纠缠光从端口B照射于第一光谱分光/合束模块8上，第一光谱分光/合束模块可转动地固定于壳体内部，经第一光谱分光/合束模块反射后的纠缠光照射于第一光场空间分布调控模块9，第一光场空间分布调控模块为透射式或反射式。如图9所示，第一光场空间分布调控模块为透射式，并位于第一光谱分光/合束模块的上方，第一光场空间分布调控模块能依据光束照射方向进行旋转与平移，确保完全接收第一光谱分光/合束模块出射光束；第一光谱分光/合束模块位置依据可调环形器模块端口B光束出射方向与角度进行调整设置，保证光谱分光角度与分布合适；分光反射模块10、第一光波调控与调制模块11和第二光场空间分布调控模块由下自上依次平行设置，保证第一光波调控与调制模块11的光学界面垂直于光束照射方向，且均可平移；分光反射模块将纠缠光中的闲置光(或所需波段)反射；第一光波调控与调制模块11将纠缠光中的信号光(或剩余波段)透射于第二光场空间分布调控模块12；随后，经过第二光谱分光/合束模块13照射于第一可调耦合阵列模块14，第一可调耦合阵列模块14将信号光耦入第二阵列光纤的某一指定通道中或按照不同波长或波段分别耦入一定数量的波长通道中；

第二光谱分光/合束模块13可转动地设置在壳体上，并位于第二光场空间分布调控模块12上方，依据保证照射光束被完全接收的效果设置；

第二阵列光纤固定装置16设置于壳体上，用于固定第二阵列光纤，第二阵列光纤从壳体内依次经过壳体和第二偏振控制模块17后穿出；第二偏振控制模块也可以置于壳体内部，此时第二阵列光纤先通过第二偏振控制模块，再通过壳体后穿出。

具体地，第二光谱处理模块Q包括：第三光谱分光/合束模块18、第三光场空间分布调控模块19、第二光波调控与调制模块20、第四光场空间分布调控模块21、第四光谱分光/合束模块22、反射调控模块23、第二可调耦合阵列模块24、第三阵列光纤25、第三阵列光纤固定装置26、第三偏振控制模块27；

分光反射模块10反射的光束(本实施例为闲置光，当然也可以是所需波段光束)原路返回，经第一光谱分光/合束模块8合束后，入射可调环形器模块7端口B，再从端口C出射，入射第三光谱分光/合束模块18后射于第三光场空间分布调控模块19，第三光谱分光/合束模块18可转动地设置于壳体上，第三光场空间分布调控模块19、第二光波调控与调制模块20和第四光场空间分布调控模块21从左至右相互平行设置，且均可平移，保证光束照射方向垂直于第二光波调控与调制模块20的光学界面；闲置光依次经过第二光波调控与调制模块20和第四光场空间分布调控模块21后出射，入射于第四光谱分光/合束模块22，随后入射于反射调控模块23，反射调控模块23可转动地设置于壳体上，入射于第二可调耦合阵列模块24后，第二可调耦合阵列模块24将信号光耦入第三阵列光纤25的某一指定通道中或按照需求将不同波长成分的光子或光束分别耦入不同的通道中；

第三阵列光纤固定装置26设置于壳体上，用于固定第三阵列光纤，第三阵列光纤从壳体内依次经过壳体和第三偏振控制模块27后穿出。第三偏振控制模块也可以置于壳体内部，此时第三阵列光纤先通过第三偏振控制模块，再通过壳体后穿出。

具体地，第一光谱分光/合束模块8将不同波长成分的纠缠光子(也可以是经典光束)在空间上进行角谱分布调控，经过第一光场空间分布调控模块9将呈现角分布的光谱转换垂直于光束传播方向(横向)的不同空间位置(一般设置在水平方向上)的波长分布(光谱分布)，此时每个波长成分的光束均互相平行传播且空间路径不重合，而纠缠光子的信号光和闲置光分别在某一中心波长所处空间位置的两侧分布，通过移动分光反射模块10的位置将纠缠光子对的信号光与闲置光进行分束，或者对指定某一波段纠缠光的反射选取，而不论信号光还是闲置光或是两者都有；闲置光(或所需波段光束)经反射后原路返回，经第一光谱分光/合束模块8后变为准直小模场光束，入射可调环形器模块7的端口B后，从端口C出射，并入第三射光谱分光/合束模块18，第三光场空间分布调控模块19将闲置光光谱进行空间分布调控，将呈现角分布的光谱转换为垂直于光束传播方向的不同空间位置(一般设置在水平方向上)的波长分布，此时每个波长成分的光束均互相平行传播且空间路径不重合，这样的波长在空间上独立分布的平行光束经由第二光波调控与调制模块20对每个独立空间分布的单色光束进行光波信息调控处理与编码调制等操作；

未被分光反射模块10反射的信号光(或剩余波段光束)保持光束平行波长独立的空间光谱分布的形式入射第一光波调控与调制模块11，第一光波调控与调制模块对每个独立分布的波长成分进行空间光场调控处理与编码调制等操作；第一和第二光波调控与调制模块11通过编码复用控制模块28进行智能控制与联动调控，之后，经波长选择调谐、配对复用、带宽调控、编码调制等处理操作的信号光和闲置光分别经第二光场空间分布调控模块12和第四21光场空间分布调控模块进行合束，然后分别入射第二光谱分光/合束模块13和第四光谱分光/合束模块22，第二和第四光谱分光/合束模块将所有波长成分合束或按需求形成一定的空间分布，再经过第一和第二可调耦合阵列模块分别将信号光和闲置光耦入第二阵列光纤和第三阵列光纤的某一指定通道中，或按需求分别耦合到不同的光纤通道中。

具体地，光束耦合/准直模块4包括：光纤方位调控结构4-3、透镜或透镜组4-4、第一反射镜4-5和第二反射镜4-6，光纤方位调控结构设置在壳体内的第一光纤固定装置后面，用于调节第一光纤的角度与空间位置；光束从第一光纤中出射后经过透镜或透镜组的进行光束整形调控后，入射于第一反射镜，再经第二反射镜出射；上述光路是可逆的，如果光束从第二反射镜入射，则经由第一反射镜，再经过透镜或透镜组进行光束整形调控，通过光纤方位调控结构调控第一光纤的方位，实现空间光束到第一光纤的高效耦合。

第一反射镜和第二反射镜的可转动地设置在壳体上，转动第一反射镜和第二反射镜的角度，以合适的方位使从透镜或透镜组中出射的光束角度可调。

具体地，光束耦合/准直模块4包括：光纤方位调控结构4-3、凹面镜4-7和第一反射镜4-5，凹面镜和第一反射镜可转动地设置在壳体上，转动凹面镜和第一反射镜的角度，以合适的方位使从第一光纤中出射的光束角度可调。

具体地，第一、第二和第三偏振控制模块包括：偏振调控结构6-1、第一偏振分束器6-2、光束耦合模块6-3、光纤6-4和光探测器6-5；光探测器也可以用外置探测器替代，如超导单光子探测器。

偏振调控结构和第一偏振分束器位于同一入射光路上，且在第一偏振分束器透射光束方向上；光束耦合模块、光纤和光探测器依次设置于第一偏振分束器的反射光路方向；当光探测器经光纤连接外置探测器，光纤通过壳体上的光纤法兰与外置探测器相连；外置探测器探测信号通过壳体上的USB接口或其他电信号接口输入编码复用控制模块进行偏振态判定、检测与反馈调控。

具体地，偏振调控结构和第一偏振分束器位于同一水平面；光束耦合模块6-3、光纤6-4和光探测器6-5位于同一水平面，且位于第一偏振分束器的下方。

当一束线偏振光通过偏振控制结构6-1，通过电动位移结构使得偏振可以360°旋转，假设第一偏振分束器6-2使竖直偏振透射，水平偏振反射，被反射的水平偏振通过光束耦合模块耦入光纤6-4，而后输入光探测器6-5探测光强。光探测器可以经光纤连接外置探测器，此时的光纤通过壳体上的光纤法兰与外置探测器相连；外置探测器探测信号通过壳体上的USB接口或其他电信号接口输入编码复用控制模块进行偏振态判定、检测与反馈调控。

具体地，可调环形器包括：反射镜一7-1、反射镜二7-2、第一旋光装置7-3、第二偏振分束器7-4、第一偏振控制器7-5、第一双折射晶体7-6、第二旋光装置7-7、反射镜三7-8、反射镜四7-9、反射镜五7-10、反射镜六7-11、第二偏振控制器7-12、第二双折射晶体7-13、第三旋光装置7-14、第二偏振控制器7-15和反射镜七7-16；

反射镜一设置在第一输入/输出口处，反射镜六设置在第二输入/输出口处，第三旋光装置设置在第三输入/输出口处，反射镜二设置在反射镜一的下方，反射镜二、第一旋光装置、第二偏振分束器、第一偏振控制器7-5、第一双折射晶体7-6、第二旋光装置7-7和反射镜三7-8，从左至右分布并在同一水平线上，反射镜三上方设置反射镜四、反射镜四和反射镜六位于同一水平线上，反射镜五位于反射镜六正下方；同一水平线的布局不是必须的，必要时可以用增加反射镜方式调整光路，满足装置结构或模块不在同一水平线或水平面情况的需求。

第一双折射晶体、第二偏振控制器、第二双折射晶体和第三旋光装置从上至下分布，并位于同一直线上；同一直线的布局不是必须的，必要时通过增加反射镜的方式调整光路，满足装置结构或模块不在同一直线或水平面情况的需求。

反射镜七位于第二偏振分束器下方，第二偏振分束器、第二偏振控制器、第二双折射晶体从左至右分布，并位于同一水平线上。同一水平线的布局不是必须的，必要时可以用增加反射镜方式调整光路，满足装置结构或模块不在同一水平线或水平面情况的需求。

具体地，反射镜一、反射镜二、反射镜三、反射镜四、反射镜五、反射镜六和反射镜七可旋转与可平移地设置在壳体上。

具体地，第一、第二、第三和第四光场空间分布调控模块为反射式时，光束被第一、第二、第三和第四光场空间分布调控模块反射的方向，分光反射模块、第一光波调控与调制模块、第二光波调控与调制模块可旋转或可平移设置，以确保光束光垂直照射于各个模块的光学界面。

具体地，第一、第二、第三和第四光场空间分布调控模块为反射式时，第一光谱分光/合束模块、第三光场空间分布调控模块、第二光波调控与调制模块和第四光场空间分布调控模块由上至下分布，并位于同一水平线上。

具体地，第一和第二光波调控与调制模块包括：液晶像素开关或多个可调狭缝结构、空间光调制器或其他类型的调制器、非线性晶体和位移装置，可调狭缝结构的数量按照所需波长通道数量设置，液晶像素开关或多个可调狭缝结构、空间光调制器或其他类型的调制器、非线性晶体均位于位移装置上，液晶像素开关或可调谐狭缝结构、空间光调制器以及非线性晶体近邻平行放置，且三者的相对位置可互换，或使某一部分移出光路，即由第一或第二或第三或第三光场空间分布调控模块射出的平行光束先通过液晶像素开关或可调谐狭缝结构再通过空间光调制器或其他类型的调制器，再通过非线性晶体；或者先通过非线性晶体、再通过调制器、最后再通过液晶像素开或可调狭缝结构，当不需某一部分功能时将相应装置移出光路。

具体地，模块与结构的光束入射与光束出射的方向可以互换，相应模块或结构的功能也会随之发生一定改变。

具体地，所有模块与结构的设置位置可以按照需求灵活调整，通过添加反射镜等光束方向改变装置使得每个模块或结构的入射/出射光符合最佳要求。

具体地，壳体为铝合金、聚四氟乙烯、不锈钢、橡胶等可以实现保护、支撑、密封、绝缘等功能的材料，可以按需任意设计形状；外壳体上具有数据线接口、通信接口、电源接口、电路板固定结构、元件或模块固定结构、机械结构固定结构、输入输出按钮、显示屏、侧壁走线、底板控制排线等各种所需结构和附属器件或模块。

具体地，第一光纤，用于纠缠光子等光信号的输入与输出；光纤两端可以封装成标准通用接口，包括但不限于FC/APC、SMA等。

具体地，第一、第二和第三阵列光纤固定装置，用于对单根光纤、数根光纤和光纤阵列的固定，实现方法包括但不限于金属-橡胶-粘合剂的组合固定光纤或光纤阵列，金属作为光纤或光纤阵列的支撑，上面开有槽孔，槽孔嵌入橡胶，起到对从中穿过的光纤和光纤阵列的固定与保护作用，并用粘合剂进一步固定光纤、光纤阵列、嵌入橡胶等结构，增强稳定性与密封性。第一、第二和第三阵列光纤固定装置也可以用法兰代替，此时光纤无需外露，只需在壳体内部链接法兰盘即可。

具体地，光束耦合/准直模块将光纤出射的光进行准直或将空间光束耦入光纤，实现空间光场到光纤模场和光纤模场到空间准直光束的宽带转换，可以实现动态调节，具有宽带动态耦合功能，可以用透射式耦合，也可以用反射式耦合，实现方式包括但不限于基于非球面镜、透镜组、各种凹面镜、抛物面镜、平面反射镜等元件的有机组合，每个元件配有空间方位精密调控装置或结构(包括电路模块)，实现不同波长、带宽、束腰的光束的耦合与准直，可以根据需求动态调节光束束腰、耦合效率、耦合中心波长以及耦合带宽等参数或物理量。如图3和图4所示是该模块功能实现的两种方式，图3是基于透射式耦合/准直结构的实现方法，图4是基于反射式耦合/准直结构的实现方法，光纤方位调控结构4-3，可以调节光纤的空间位置(五维调节：上下、左右、前后、俯仰旋转、左右旋转)，图3中的透镜或透镜组4-4，包括但不限于非球面镜、凹透镜、变焦透镜等，光透镜或透镜组4-4、第一反射镜4-5、第二反射镜4-6和凹面镜4-7均固定在多维调节结构上，可实现多维空间方位精密调节。图3所示的光束耦合/准直模块4的工作原理：空间光束通过方位可调控第一、第二反射镜调控光束的空间方位，以合适的方位使光束入射到透镜或透镜组4-4中，经过透镜或透镜组的汇聚，将光束汇聚到与光纤模场匹配的程度，通过调控光纤和透镜组方位以及透镜组的焦距等物理量实现空间光束的高效宽带可调谐耦合；反之，从光纤出射的光经透镜或透镜组4-4、第一、第二反射镜实现光束准直与光束出射方向的调控。图4所示的实现方法为，通过调控凹面镜实现光束的汇聚、宽带耦合与光束准直，凹面反射结构可以有效实现消色差与宽带耦合等优点。光束耦合/准直模块中的各个可调控元件之间能够实现联动调控，通过智能程控达到效果最优化。

具体地，光束整形调控模块，可以实现光束的整形、聚焦、准直、与束腰尺寸调控，能够产生极小束腰半径的准直光束，光束束腰大小是决定波分复用波长细分精度的条件之一，光束束腰越波分复用细分波长的精度越高，复用波长数量越多。该模块功能的实现方法包括但不限于非球面镜、透镜组与可调狭缝或光阑/小孔的有机组合，每个元件带有精密的调控装置，如压电陶瓷、步进电机等，可精细地调控元件的位置角度与姿态以及小孔或狭缝的大小，各个可控元件可以联动配合调控，使得光束质量达到最佳效果。该模块经过校准后，可以通过位移或所施加电流、电压等参量实现光束的精确调控。并且光束整形调控模块5设置在光束耦合/准直模块后。

第一、第二、第三偏振控制模块，用于实现光束的任意偏振态调控与偏振态检测，确保输出所需要的偏振态，其构成包括但不限波片组、磁光晶体、电光偏振控制器、偏振调控芯片、光纤偏振控制器等，可以手动或自动调谐，内部包含精密方位调控装置，可以实现偏振的程序控制；必要时可以配置偏振检测装置，可以实现偏振的精确反馈调控，保证最佳偏振态的输入与输出。第二偏振控制模块17和第三偏振控制模块27是同时对多路波长进行偏振调控，当然也可以对单路进行偏振调控，其工作原理与控制单路偏振的工作原理相同，第二和第三偏振控制模块可以位于外壳体内部，在内部是自动控制，而在外部则是为方便手动调控。该偏振控制模块的一个实施例如图5所示，由偏振调控结构6-1、第一偏振分束器6-2、光束耦合模块6-3、光纤6-4和光探测器6-5构成，每个结构可以通过电磁或机械控制，其中第一偏振分束器6-2用于偏振检测，该实施例可以通过电动机械结构调控设定水平(平行于纸面)偏振光透射，还是竖直(垂直于纸面)偏振光透射；也可以使第一偏振分束器脱离光路，不进行偏振检测，或只在调试阶段检测偏振，正式工作阶段撤离光路，减小损耗。当一束线偏振光通过偏振控制结构6-1(可以是波片组，也可以是磁光晶体等其他偏振调控结构)，通过电动位移结构(如果是磁光晶体则外加磁场)使得偏振可以360°旋转，假设第一偏振分束器6-2使竖直偏振透射(透射的是所需的偏振光)，水平偏振反射，被反射的水平偏振通过6-3的光束耦合模块(与光束耦合/准直模块4的实现方法相同)耦入光纤6-4，而后输入光探测器6-5探测光强，对于纠缠光子等量子光，6-5则需要单光子探测器；通过建立偏振控制结构6-1的控制参数与探测器光强(或光子数)关系，可以实现任意偏振态的调控，例如探测器探测光强为零则表明偏振完全为竖直偏振光，光强最大则完全为水平偏振光，光强为最大值的一半时，则为45度偏振光，可以通过智能控制(如机器学习算法)建立调控结构与光强更精准的实时变化与对应关系，实现准确快捷的偏振调控与检测，偏振态调控检测完毕后，偏振控制器6-2通过位移调控移出光路，当然也可根据需求对某些偏振光，如竖直偏振进行实时监测。

具体地，可调环形器模块具有三个输入/输出端口，该模块可以实现光路可逆与不可逆切换以及任意不同出入端口的切换，虽然图1所示可调光路环形器模块中只示出了A、B、C三个端口(分别对应第一、第二和第三输入/输出口)，但是端口数量理论上可以无限扩展。该模块功能的实现方法包括但不限于反射镜、磁光晶体、波片、偏振分束器、双折射晶体等元件的有机组合，每个元件可以通过精密机械调控(包括智能程控)方位，以改变和调控光路/光束，实现不同的功能。当然还需附属装置，如磁场产生调控装置(可以用永磁体也可以用调控电流产生)和相应的控制电路等。以三个端口为例进行说明，通过调控实现的功能包括但不限于“A进B出-B进C出-C进A出”、“A进C出-C进B出-B进A出”、“B进A出-A进B出-C进A”出等两两结合的排列组合。可调环形器模块的一个实施例如图6和图7所示。反射镜一至反射镜七(也可以用其他光束方向调控装置代替)，可以多维度调控和移动，实现光束方向以及出/入端口的切换；第一、第二和第三旋光装置，包括但不限于波片与磁光晶体(旋光晶体)的组合，该装置可以实现正向和反向入射的偏振差异化旋转，并且通过调控实现不同差异化的旋光，例如第一旋光装置可以实现竖直(垂直于纸面)偏振入射以竖直偏振出射，而反向以水平偏振入射则会以竖直偏振出射，可以通过差异化旋光调控实现水平偏振入射水平偏振出射而竖直偏振反向入射则以水平偏振出射；第一、第二和第三偏振控制器，也可以是偏振控制模块6所述装置；第一或第二双折射晶体，也可以是其他偏振路径差异化分离装置，如偏振分束器等。如图6所示，竖直偏振光(光束传播路径用灰色线表示)从A端口输入，经过反射镜一7-1改变传输方向入射到反射镜二7-2上，经反射镜二7-2调控光束方向以竖直偏振光的形式入射第一旋光装置7-3，调控旋光晶体，则出射的光束任然保持竖直偏振，而此时反向入射的水平偏振将变为竖直偏振。从第一旋光装置7-3出射的数值偏振入射到第二偏振分束器7-4上，假设竖直偏振透射而水平偏振反射，则此时竖直偏振光束将透过第二偏振分束器7-4入射到偏振控制器7-5中，偏振控制器7-5将竖直偏振变为水平偏振后输出，并入射第一双折射晶体7-6，假设水平偏振入射是走寻常光路径(不发生双折射的路径)，竖直偏振走非寻常光的路径(发生双折射的路径)，水平偏振经过第二旋光转置7-7将偏振转为竖直偏振，然后经由反射镜三和反射镜四的方向调控，从B端口出射，实现A进B出；此时，如果光以竖直偏振的形式从B端口输入，经过反射镜四7-9和反射镜三7-8调整方向后入射第二旋光转置7-7，则保持一竖直偏振从旋光转置出射，并入射双折射晶体，走非寻常光路径，入射到偏振控制器7-12中，将偏振调至水平偏振后，入射第二双折射晶体7-13，走寻常光路径，以水平偏振的形式入射到第三旋光装置7-14中，以竖直偏振从C端口出射，实现B进C出；当光束以竖直偏振的形式入射C端口时，仍然以竖直偏振的形式从第三旋光装置7-14中入射，在第二双折射晶体7-13中走非寻常光路径，经过第三偏振控制器7-15将偏振变为水平偏振，经反射镜七7-16反射后入射第二偏振分束器7-4，水平偏振光被反射后入射第一旋光转置7-3，水平偏振变为竖直偏振，经反射镜二7-2和反射镜一7-1反射后从A端口出射，实现C进A出，综上所述，该实施例可以实现A进B出-B进C出-C进A出功能。如图7所示，该实施例可以通过调控反射镜一7-1、反射镜四7-9和反射镜六7-11的方位，可以实现A进C出-C进B出-B进A出(仍然以竖直偏振光束输入输出为例)，原理方法与前述A进B出-B进C出-C进A出的完全相同。而B进A出-A进B出-C进A出实现更加简单，只需要将第一偏振控制器7-5和第一双折射晶体7-6移出光路，这可以实现A端口与B端口的可逆传输，即B进A出-A进B出，C端口以竖直偏振输入便是从A端口输出，因此便实现了B进A出-A进B出-C进A出功能。从轮换对称性出发，其他形式的端口出/入射组合形式均可以实现。令第一偏振控制器7-5、第一双折射晶体7-6、第二旋光转置7-7组成一个“光路不可逆调控模块单元”，通过该模块单元的级联，理论上可以无限扩展该可调环形器的输入/输出端口，实现n(n为任意正整数)端口输入输出的可调环形器。当然，如果只需要A进B出功能而不要B进C出等其他功能的话，仅需要A和B直通，或者经过几个反射镜连通即可，并且光路可逆。双折射晶体、磁光晶体以及波片可以移出光路，使得光路变成可逆光路；双折射晶体也可以切换为反射镜，而反射镜也可以用光路切换开关替代，实现光路切换功能。该实施例中所有元件可以多维度调控，可以进行切换，如双折射晶体切换为反射镜或移出光路，以实现光路的可逆与不可逆切换。

具体地，第一、第二、第三和第四光谱分光/合束模块，可以实现光谱的分光与光谱合束功能，即将光束按照波长(频率)成分的不同在空间位置上进行分布，及其逆向功能，即空间分布的波长(频率)成分的合束。而波长空间分布形式可以水平分布也可以根据需求改变分布方向，实施例中以水平方向分布为例进行阐述，即不同波长在水平方向上分布在不同的位置，而竖直方向上则没有波长的分布变化。该装置的实现方法包括但不限于各种光栅结构、阵列波导光栅、以及其他可实现分光与合束功能的结构如微透镜阵列、微反射镜阵列、超构透镜阵列等，并辅以多维度方位调控结构和控制电路与程序等实现。对于合束部分，除了各种光栅以外，也可以通过透镜或微透镜阵列或凹面镜实现。该模块可以进行不同元件的切换，例如从光栅切换为透镜或反射式凹面镜或微型透镜或微型凹面反射镜阵列等，实现不同位置的光场的汇聚、分散、以及到射入指定的空间方位。该模块的一个简单的实施例就是高精度方位调控的闪耀光栅，可以将光束进行光谱分光，亦可以将空间分布光谱合束或再分光功能，并入射到指定的空间方位。

具体地，第一、第二、第三和第四光场空间分布调控模块，实现光场的空间分布方位调控，可以实现发散光场(光束)与平行光场或准直光场之间的任意转换，例如可以从发散变为准直或是汇聚，也可以实现逆向操作或其他形式的分布，可以是透射式的，也可以是反射式的(如图2所示，光路情况见图10)。该类模块实现方法利用包括但不限于长焦消色差大口径透镜或反射式大口径凹面镜或微透镜阵列或超构透镜阵列或微型凹面镜阵列或变焦透镜组或变焦液体透镜等结构，并辅以精密的多维度方位调控，实现光谱从角度分布到横向水平分布(垂直于传播方向为横向)的变化(如空间傅里叶变换)，或从空间横向水平分布到角度分布的变化等，从而实现光场空间分布的精细调控。特别地，基于高精度多维方位调控的微透镜阵列或微型凹面反射镜阵列可以实现每一个方位点(非常小的空间区域)上的光场的汇聚或平行准直或发散等光场形式的调控，能够实现极为精密的空间光场分布调控，而不同的空间方位代表不动的波长分布，因此可以极为精细地调控不同波长的空间分布形式，为后续精密的波分复用/解复用以及波长配对选择、编码、分析奠定基础。微透镜阵列或微型凹面镜阵列可以做到非常小的尺寸，甚至是纳米量级，其中的每个微型透镜或微型凹面反射镜可以借助压电材料或其他形变材料改变方位和角度，从而实现光场空间分布与传播方向的精密调控。

具体地，分光反射模块，可实现波长选择性反射、不同位置不同宽度光场反射、带通可调波长选择、高、低通可调波长选择、光场分束等功能，实现方法包括但不限于可以精密调控方位的反射镜、微反射镜阵列、半反半透镜、反射镜组合(根据波长与带宽选择需求组合)等，可以横向移与纵向移动，可以进行旋转与不同反射元件的切换。分光反射模块10还可以用液晶材料或超构微反射镜阵列构建反射单元，实现多个极小区域的光反射、可编程反射以及反射率可调等功能，能够精确选取所需波长组合，调控光束通过或是反射还是分束，且分束比可调。该模块的一个实施例：边沿锐利的可精密方位调控的平面反射镜，边沿锐利是指反射镜的边沿处也可以非常好地实现反射功能，反射镜的尺寸可以全覆盖整个光场的横向分布范围；如图9或10所示，当平面反射镜从光场外部(比如从右向左平移)向光场平移时，由于不同横向水平空间位置上分布着不同的波长，并且波长是沿着水平方向连续分布的，因此，通过平移反射，可以实现可调二向色镜功能，即高于某一波长的光反射，低于某一波长的光透射，反转亦可以实现，即低反高透，可以很好地实现并匹配纠缠光子光谱的分光，显然这样的功能可以实现可调的高、低通滤波器；当将较大的反射镜切换成小的反射镜，则可以实现可调带通波长选择，可以切换为多个方位可调的小(很窄)反射镜，通过精密的平移等方位控制，实现多个带通波长的选择与配对，从而实现一定的纠缠光子对波长复用与配对复用功能，也可以实现可调波分复用功能；如果利用微反射镜阵列，则可以更加精细地实现可调波分复用与配对复用；根据反射单元的不同，有机组合起来可以实现多种功能。另一个实施例是反射率可调阵列微反射镜，每个微反射镜可以在反射与透射之间切换，可以实现不同位置不同宽度的反射(不同宽通通过合并反射镜并精确控制方位和距离实现)，不同位置反射不同的波长，位置与波长对应，宽度与带宽对应，可以实现带通波长选择功能。反射结构可以通过机械装置切换，可以切换为半透半反、全反射、尺寸也可以切换。半透半反时可以用于实现纠缠光子对光谱分析过程的分束作用。

具体地，第一和第二光波调控与调制模块，可以实现复用的波长、带宽和复用数量的调谐与调控，可以实现每个复用波长或通道的调制编码功能，可以实现纠缠光子对的配对波分复用与解复用、复用编码与调制(包括相位调制和强度调制)等功能，实现方法包括但不限于空间方位可精密调控的狭缝(可以是单个狭缝，也可多个独立移动的狭缝，狭缝宽度可调)或液晶像素阵列或其他可以实现精细空间通断可调谐的装置与调制器、非线性晶体(变频晶体)的组合，其中调制器可以是任何形式的光调制器，如电光调制器、声光调制器等，可按需组合；狭缝或液晶阵列像素使得指定(所需)空间位置的光通过，即波长调谐和选择，而狭缝的大小或像素的合并(单个像素通光尺寸微小且固定，但是通过像素合并这可以实现类似于狭缝宽度可调的功能)则实现复用波长带宽的调谐，而在狭缝后面放置调制器则可以实现不同复用波长的编码调制，实现编码波分复用一体化的功能特性。特别的，基于不同材料的液晶性能，液晶像素阵列也可以同时具有调制功能，如通过调控液晶像素的透过率实现强度调制，每个液晶像素点相当于光开关与狭缝的作用，并通过利用其电光性能实现电光调制等；该液晶像素阵列也可以空间平移，实现波长的精细调谐与选择以及现配对波分复用等功能。该模块具有很强的可扩展性，例如可以在调制器后面插入非线性晶体或波导芯片实现光子的频率转换、混频等功能，也可根据需要变换狭缝或液晶像素阵列、调制器、非线性晶体的相对位置，以满足不同的光子信息处理需求。

具体地，第一和第二可调耦合阵列模块，通过将不同波长的光耦入指定光纤或光纤阵列，以及将光纤或光纤阵列出射的光进行准直或光束调控并以特定方向输入光谱分束合束模块中，实现光束调控、可调耦合、可控波长选择等功能，实现方法包括但不限于光束耦合/准直模块4所示的实施例的原理方法，只是需要微型化与阵列化。实施例：通过利用空间方位可独立精密调控的微透镜阵列或可变焦超构微透镜阵列或微小凹面镜阵列作为光束形态(汇聚、发散或准直)与方向调控结构，对空间极小的区域的光场进行光束形态调控，每个微小透镜或微小凹面镜与一根光纤配对，将相应微小区域的光(不同区域的光对对应不同波长)耦入对应光纤，反之也可以将第二阵列光纤中的输出的光束(从第二阵列光纤15输入可调耦合模块)进行调控后输入其他模块进行处理，每个元件都可以通过精密的方位调控结构实现高精度控制，可以实现任意波长选取、带宽调控、光强调控、光束调控等功能。通过将第一、第二可调耦合阵列模块与第二光束分光/合束模块13或第四光束分光/合束模块或反射调控模块进行配合联动，可以更好地实现波长选择、通道切换以及波长复用/解复用等功能。以第二光束分光/合束模块13与第一可调耦合阵列模块的组合为例，为简化描述，第二光束分光/合束模块13的简单分光功能可利用闪耀光栅实现第一可调耦合阵列模块较为简单的功能利用微透镜阵列实现，每个微透镜与一根光纤配对耦合，通过联动测量可以获得光栅转动角度(绕竖直轴转动)与微透镜阵列-光纤阵列波长耦合结构的波长耦合分布关系，利用编码复用控制模块28实现波长通道的标记，随着光栅的转动，每个通道的中心波长连续变化；通过转动光栅也可以将全部的光场耦入同一根光纤通道中，实现多个波长成分的合束。

具体地，第二和第三阵列光纤，由多根光纤构成，可以只利用其中一根或某几根光纤，也可以全部利用，光纤的数量可以根据需求设计，可实现功能包括但不限于纠缠光子的输入输出、配对光子信号的输入输出、复用/解复用信号的输入输出等。可以只用其中一路、也可以使用按需求设置的数量的输入输出通道，每一通道的波长和带宽可以同通过程序控制或智能自动控制。

具体地，反射调控模块，用以实现光束方向的改变，实现方式包括但不限于可以多自由调控的反射镜、微反射镜阵列等，所实现功能包括整体改变光束的方位，也可以单独改变不同频率成分光束的方位(微反射镜整列，每个微反射镜空间方位可调)，与耦合阵列模块联动配合，能够有效提升耦合调控灵活度和耦合效率；当然，第二光谱分光/合束模块和第一可调耦合阵列模块之间也可以添加该模块，以便提供更加高精度的耦合与调控。

具体地，编码复用控制模块，用于实现各个模块之间的协同控制、联动配合调控、交互通信、反馈调控等，用于实现各个模块与整个系统的智能控制、编码与程控，包括机器学习、深度自动化等智控功能，可以根据需要设置或编程实现可调波分复用/解复用，纠缠光子配对波分复用、纠缠光子多路编码波分复用等功能。该模块的构成包括CPU、存储器、显卡芯片、ADDA模块、交互模块、显示模块、电源模块、通信模块等所有电控集成，与各个模块的电控结构/装置相连接，该通过对各个功能模块的控制、通信、交互、联动、反馈调控与信息处理，达到所需效果。该智控模块也可以实现上述每一个可控模块、可控步骤的随意编程调控，即可以按需编程与组合各个功能模块以及元件所产生的功能。特别地，该智控模块能够通过机器学习算法优化各个模块元件的校准与控制精度和效率，标记每个通到的中心波长变化，实时智能调控各个模块的最佳工作状态，并智能显示输出波长、通道数量、带宽、编码、配对波长等信息。

上述每个模块都有相应的驱动电路与控制结构，如位移导轨、压电陶瓷、多维度调节架、千分尺、差分位移结构、各种传感器等，能够进行所需的精密的角度调控、位置调控、耦合调控、偏振调控、分光调控以及电光调制、编码调制、解码调制等等。

下面对本发明的原理进行详细说明。

为了更加高效地利用“纠缠光子”这种资源，纠缠光子对的可调谐多路波分复用需要具有精细的波长配对调控能力，纠缠光子的波长关系满足

1/λ

其中λ

1/λ

上式是成对的纠缠光子波长信息必须满足的关系式，因此，纠缠光子波长复用/解复用，以及复用波长调谐时，通道波长之间关系满足式子(2)才能达到纠缠光子对的最大利用效率，否则将会造成纠缠光子源利用率低下，纠缠光子波分复用处理效率低下等问题。

由于纠缠光子对光谱具有一定的范围，并且纠缠光子对的光谱往往是可以调谐的，即纠缠光子对的波长可以连续变，并考虑到纠缠光光子多路复用量子通信以及相关量子信息处理的需求，该发明能够有效实现波长可调谐波分复用与解复用、纠缠光子波长匹配复用(波长配对复用或波长对应复用)、复用通道数量与波长数量可调谐(可按需设定)、波分复用通道带宽调控、复用波长相位调制、强度调制与频率调制、复用波长的编码、纠缠光子对光谱分析、纠缠光子量子直接通信编码、频域信息处理等功能。下面详细介绍功能实现方法。

如图9和10所示，采用模块化的实现方法，便于实现对各个模块的有机组合，具有很强的扩展性，能实现多种不同的功能。假设具有一定带宽的纠缠光子对(两光子纠缠)通过第一光纤2输入，经过光束耦合/准直模块4进行光束准直，在经过光束整形调控模块5将纠缠光子光场分布调控到非常小的空间模场分布，再通过第一偏振控制模块6进行偏振调控，入射可调环形器模块7的A端口(即第一端口)后，从端口B(即水平端口B)出射，偏振与入射A端口时的偏振一致，即通过偏振控制模块6调控可以使得纠缠光子对以最佳偏振入射第一光谱分光/合束模块8。第一光谱分光/合束模块8将不同波长的成分的纠缠光子在空间上进行角谱分布调控，经过第一光谱分布调控模块9将呈现角分布的光谱转换为空间横向位置分布的光谱，即不同的横向位置代表不同波长，如此，纠缠光子在横向(垂直于传播方向的水平方向)以不同的波长成分分布开来，由于纠缠光子对具有一定带宽，根据式子(2)，信号光和闲置光分别在某一中心波长(一个特定空间位置)两侧分布，因此，通过移动分光反射模块10的位置(移动到中心波长所在空间位置)，便可以将纠缠光子对的信号光与闲置光进行分束，即将成对的纠缠光子对分开，假设被分光反射模块10反射的是闲置光，未被反射的是信号光。闲置光经反射后原路返回，经光谱分光/合束模块8后变为准直小模场光束，入射可调环形器模块7的B端口后，从C端口出射，并入第三射光谱分光/合束模块18，与前面类似，结合第三光场空间分布调控模块19，将闲置光光谱进行空间分布调控，使得闲置光的波长成分按照波长成分在横向水平方向连续分布并经由第二光波调控与调制模块20进行波长信息处理不编码调控。而未被模块10反射的信号光同样保持空间光谱分布的形式入射第一光波调控与调制模块11，第二光波调控与调制模块20和第一光波调控与调制模块11可以通过编码复用控制模块28进行联动调控，能够实现指定空间位置的光子通过与否，并且通过的光场宽度也可以调控，空间位置决定波长，而通过的光场宽度决定带宽，通过的光束数量，决定复用波长的数量，并对每一束通过的光场进行相位、强度等调制(编码调制)，以及相应的频率移动，完成了可调波长复用(复用波长可调谐、复用带宽可调谐、复用数量可调谐)、配对复用、编码调制、移频等功能。之后，经复用与调制的信号光和闲置光分别经第二光场空间分布调控模块12和第四光场空间分布调控模块21进行合束，然后分别入射第二光谱分光/合束模块13和第四光谱分光/合束模块22，第二光谱分光/合束模块13和第四光谱分光/合束模块22可以根据需求将所有波长成分汇聚到一起，经过第一和第二可调耦合阵列模块分别将信号光和闲置光耦入第二、第三阵列光纤的某一指定通道中，也可以分别耦合到不同的光纤通道中去，实现波分复用、通道切换与解复用功能。该实施例方案通过不同的操作与模块组合可以轻易实现其他多种功能(或新的实施例)，包括但不限于如下：(1)光谱调控与调制分光反射模块10和第二光波调控与调制模块20也可只使用其波长选择和带宽调谐功能，这样便得到了精密的多波长可调滤波装置，并且可以按需将所需波长输入指定波长通道；(2)第二和第三偏振控制模块可以对阵列光纤中每个光纤通道的光偏振进行任意调控，获得所需的偏振态，即实现任意偏振调控与偏振编码功能；(3)智能控制编码复用与显示交互模块28具有机器学习功能，可以实现对复用波长的校准以及各个元件方位的校准与精密调控，也可以自定义操控程序；(4)通过将第一和光波调控与调制模块移出光路，移动分光反射模块10可以得到可调二向色镜装置，实现可调二向色镜功能；(5)通过将分光反射模块10的反射率变换为50:50的反射模式，并将其完全移入光路，此时相当于将纠缠光子进行50:50分束，在未经第一、第二光波调控与调制模块处理之前，上下两路的纠缠光子波长信息是相同的，都是完整光谱，这时将第二光波调控与调制模块移出光路，而分光反射模块10只开通一个窄带宽波长选择通道，随着该波长选择通道的移动，它像波长“探针”一样，遍历整个纠缠光子光谱，结合单光子探测器进行符合测量，可以高效完成纠缠光子对光谱测量与分析；(6)通过第一、第二光波调控与调制模块的联动，每一个模块只选择窄带的配对的纠缠光光子，通过横向移动或改变透光位置，实现不同波长纠缠光子对的连续调谐，便可以实现宽谱纠缠光子的后选择波长调谐。综上所述，该实施例可以将纠缠光子对的信号光子和闲置光子分离，实现纠缠光子信号光波长与闲置光波长匹配复用(波长配对复用)，实现中心波长可调谐波分复用与解复用、复用通道数量可调谐(可按需设定)、波分复用通道带宽可调谐、复用波长相位调制、强度调制、复用波长的编码、纠缠光子量子直接通信编码、纠缠光子对后选择波长调谐、每个通道的偏振调控、可调二向色镜、多波长可调滤波、纠缠光子对光谱分析等功能。特别地，在第一和第二光波调控与调制模块中加入非线性晶体等非线性转换结构，可以实现混频、和频、倍频等频率转换或移动功能，再结合调制功能可以实现频率量子信息处理等功能。由于可调环形器模块7的作用，可以使得该发明的任意单端口均可以既是输入又是输出，分光反射模块10可以移动，可以根据需求移动到指定位置，包括移动到第二光谱调控与调制模块20的附近，对其光场进行调控，或者每个光谱调控与调制模块前后都配置一个分光反射模块，用到时移入光路，不用时移出光路，这样便得到了上下两路对称的结构，因此可以互为输入输出。

实施例二

在实施例一的基础上，将模块8-17组合成为一个新模块，定义为光谱处理模块P(即第一光谱处理模块P)，将模块18-27组合为一个新模块，定义为光谱处理模块Q(即第二光谱处理模块Q)，模块P和Q具有分光、可调波分复用、编码调制等上述实施例所具的全部功能；将可调环形器模块7进行扩展(扩展方法详见该模块的具体方案介绍)，从三个端口扩展为n个端口，编号A

与现有技术相比，本发明可以灵活随意地进行复用波长、复用通道数量、复用带宽等多个维度的调谐或调控，最大程度地满足各个波段纠缠光子波长配对复用的需求，显著提高纠缠光子对的利用率与量子信息处理效率；通过构建可调环形器实现方法，使得本发明原则上可以无限扩展下去，可以进行光路可逆与不可逆切换，可以使得每个端口可以是输入也可以作为输出；可以满足n光子纠缠配对波分复用需求，有效提升多光子纠缠利用率与相关量子信息处理效率，同时也可有效提升多光子纠缠的光谱分析效率；本发明可以实现纠缠光子配对编码与解码，可以显著提高量子直接通信效率以及其他相关量子信息处理效率；本发明具有出色的可扩展性，基于模块化的构建方法，通过模块的有机组合，可以有效扩展分光模块与分光精细度，从而有效提高波分复用精度，还可以实现多种不同的功能，例如可以实现纠缠光子对后选择波长调谐、光谱分析、频率干涉、可调二向色镜功能、可调带通滤波器功能等等，满足未来多种量子信息处理与调控需求。

当然，上述说明并非是对本发明的限制，本发明也并不仅限于上述举例，本技术领域的技术人员在本发明的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也应属于本发明的保护范围。