密码学领域,依赖于计算复杂度的经典信息加密算法受到量子计算机和量子算法的威胁。但是,基于量子力学的量子密钥分发能够实现无条件的安全通信,已经成为了现在研究的热点。然而由于单光子探测器的探测效率不匹配,基于四个单光子探测器的量子密钥分发系统存在安全性方面的漏洞。另外,单光子探测器昂贵,量子密钥分发系统造价高昂。论文利用时分复用技术,采用一个单光子探测器设计了一种量子密钥分发系统。论文分析了基于BB84协议的偏振编码的四探测器量子密钥分发系统。设计了单探测器量子密钥分发系统的时分复用器、接收端电子学硬件以及一个同步脉冲内的四种偏振光的探测门。通过在时分复用器的不同偏振光的光路上添加依次相差6 m的延迟光纤,使得不同偏振光到达单光子探测器的时间依次相差30 ns。设计了单探测器量子密钥分发系统的同步校准方案,标定出一个同步脉冲内的偏振光的相对时间位置,并将其作为能够区分不同偏振光的探测门位置。对设计的单探测器量子密钥分发进行了安全性分析。分析结果表明,单探测器量子密钥分发系统能够抵御窃听者的截取重发攻击和时移攻击。对设计的单探测器量子密钥分发系统成功地进行了室内的密钥分发实验。实验结果表明,单探测器量子密钥分发系统的在平均光子数为0.1时,系统的成码率达到了2.225 Kbps,误码率小于3%。