量子密钥分发（Quantum：Key Distribution）作为量子力学和密码学相结合的产物，有区别于经典通信方式的绝对安全性。在军事、外交、国防等信息安全领域有重大的实用价值。　　 论文主要围绕高效、低误码量子密钥分发系统进行了系统、深入的研究。在提高量子密钥分发协议的密钥生成效率方面，我们提出了一种通过利用相位编码系统中的尾脉冲来进一步提高系统成码效率的新方法，构建了基于路径选择单元的BB84相位编码和差分相位编码的实验系统。采用该实验系统，可以将这两种协议的光子利用率提高到100％，分别实现了密钥生成效率为50％的BB84相位编码方案和密钥生成效率为1000％的差分相位编码方案。在降低系统的误码率方面，我们主要研究了光脉冲在长程传输中传输延时的特征，它对系统误码的影响以及相应的物理模型和解决方案。通过实验证明了基于波分复用技术的同步方式可以很好地消除传输延时对系统同步探测的影响，并提出了一种利用调节时钟光和信号光相互作用截面来减小系统误码的同步方法。针对光脉冲由于传输延时引起的时间抖动对系统相干检测过程误码的影响，在理论上给出了时间抖动影响系统误码的物理模型，建立了时间抖动的统计参数和系统误码率之间的定量关系。　　 本学位论文的主要工作包括：　　 1.系统协议效率的提高是量子密钥分发领域的一个重要课题。从第一个光纤型的M-Z干涉仪方案提出以来，相位编码的量子密钥分发系统已经得到了很好的发展。无论是BB84相位编码系统，还是差分相位编码系统，都是通过脉冲干涉来解调相位信息的。在检测相位信息时，所分裂的子脉冲总是不能被完全利用。针对这个问题，我们提出了一种重新利用尾脉冲来提高系统协议效率的新方法，设计了一种全新的差分相位编码方案。与传统的差分相位编码系统相比，我们在Bob端引入了一个光开关控制的光纤延迟环，重新利用被丢弃的子脉冲来获得相位信息，使系统的协议效率提高到了100％。同时，我们还提出了一种基于偏振路径选择的高效稳定的BB84相位编码方案。系统方案采用了偏振分束器和双不等臂的法拉第反射镜干涉环，实现了光脉冲的偏振选择路径方式，光子得到充分的利用，方案的协议效率达到了50％。　　 2.利用基于弱相干光的差分相位编码系统，我们进行了75km户外光纤的量子密钥分发同步性能测试实验。分别对目前常用的三种不同的同步方式（基准时钟同步，双光纤系统同步和WDM技术同步）进行了系统的对比实验，实验表明采用WDM技术的同步方式可以大大提高探测的效率。针对目前光纤器件工艺水平造成的附加误码，首次提出了一种利用调节时钟光和信号光相互作用截面来减小系统误码的同步方法。通过理论计算，该方法对于75km传输距离的量子密钥分发系统的适用条件是工作频率需低于7MHz。　　 3.光脉冲在长程光纤中传输，会由于传输延时的原因造成不能按照理想时刻到达通信接收机，这种现象会对基于相位编码量子密钥分发系统的误码率带来一定程度的影响。我们测量了光脉冲在不同传输距离和不同外界环境影响下基于差分相位编码和双不等臂M-Z相位编码系统的时间抖动，建立了相位编码量子密钥分发系统中误码率和时间抖动关系的物理模型，并针对单光子脉冲的一般波形函数给出了误码率的计算式，根据这个关系式可以得出确定波形单光子脉冲在确定时间抖动分布情况下系统误码率的结果。