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量子密钥分发(quantum key distribution,QKD)在理论上可以产生无条件安全的密钥。从1984年BB84协议出现以来,QKD系统正逐步朝着高密钥率、远距离和网络化方向发展。与此同时,实际QKD系统的安全性也逐渐引起人们的重视。目前已经逐渐发现了一些安全性漏洞,并且实现了简单有效的攻击演示。因此只有对实际系统的安全性漏洞开展防御性研究,才能确保QKD在现实条件下的安全性。测量设备无关量子密钥分发(measurement-device-independent QKD,MDIQKD),可以完全消除测量漏洞,它是将测量设备放置在不可信第三方,提高了实际QKD系统的安全性。因此开展MDI-QKD系统和网络的实验研究有十分重要的意义。目前,MDI-QKD系统和网络的实验操作较为复杂,限制了其实验研究的广泛性。为了简化MDI-QKD实验操作,降低实验难度,本文开展了偏振复用MDI-QKD系统、“plug-and-play”MDI-QKD系统以及“plug-and-play”MDI-QKD网络的实验研究,主要完成了以下几方面的工作:1.进行了偏振复用time-bin相位编码MDI-QKD的原理性验证。实验系统减少了强度调制器的使用数量,并实现了对所有符合响应的有效测量。我们使用偏振调制器和由偏振分束器熔接的不等臂Mach-Zehnder干涉仪(Asymmetric Mach-Zehnder Interferometer,AMZI)进行X基和Z基的编码。两个time bin分别复用了互相垂直的偏振态,两个编码基光强保持一致。在探测端使用偏振分束器对两个time bin进行解复用,并分别传送至保偏耦合器进行干涉。2.我们实现了一套全自稳的time-bin相位编码“plug-and-play”MDI-QKD系统。在该系统中,Alice和Bob共用一个信号激光器和一个AMZI,两用户的光信号在频谱、脉冲波形、相位参考系和偏振态上保持一致。同时,通过合理设计同步光路,即从Alice返回的同步激光用于激发Bob的信号光,而从Bob返回的同步激光用于激发Alice的信号光,保证了Alice和Bob的编码信号同时到达Charlie端。该系统降低了Alice和Bob的硬件需求,便于网络化。3.我们提出了一个“plug-and-play”MDI-QKD网络方案。网络中的辅助系统集中在不可信服务终端,包括同步光源系统、信号光源系统和探测系统,用户只需要信号监控和量子比特编码设备,便于网络的扩展。每台同步激光对应一个特定用户,用于激发其他通信用户的信号光。用户连续编码由其他同步激光激发的信号光,可以实现与其他通信用户点对多点的量子密钥分发。我们在实验上搭建了三用户(Alice、David、Bob)和一个不可信服务终端(Charlie)的“plug-and-play”MDI-QKD网络。在该网络中,三个用户共用一套time bin产生设备,结合合理的同步光路设计,保证了网络的自稳特性。在通信过程中,David连续编码由Alice和Bob对应的同步激光激发的信号脉冲,与Alice和Bob同时进行了密钥分发。