[發明專利]一種基于量子雙光子糾纏的太赫茲波通信裝置

有效

• 申請號: 201310751277.3
• 申請日: 2013-12-31
• 公開（公告）號: CN103763038A
• 公開（公告）日: 2014-04-30
• 發明（設計）人: 孫博;田方;白先鵬
• 申請（專利權）人: 西北大學
• 主分類號: H04B10/70
• 分類號: H04B10/70
• 代理公司: 西安恒泰知識產權代理事務所 61216
• 代理人: 李鄭建

技術領域

本發明涉及太赫茲光電子學技術領域，具體涉及一種基于量子雙光子糾纏的太赫茲波通信裝置。

背景技術

太赫茲波是一種處于波長30μm-3mm范圍內的電磁波，其波段位于遠紅外和微波之間。太赫茲波對大多數非極性材料、沙塵、塑料聚合物、木板、紙張、半導體材料等都具有較高的穿透性，并且太赫茲波光子的能量僅為X射線光子的能量1/10⁶，不會對生物組織產生有害的電離，因此太赫茲波技術目前已被廣泛的應用于安全檢查、武器制導、空間通信、反恐、生物醫學成像等應用技術中。

隨著高速率無線通信技術的發展，以及人們對大容量、高速率傳輸要求的不斷增加，人們對太赫茲頻段通信研究越來越重視。由于太赫茲波段處于光波與微波之間，因此太赫茲通信集成了微波通信和光通信所共有的優點。相對于微波通信，太赫茲通信具有傳輸容量大、速率快、方向性好、抗干擾性和保密性強等優點。相對于光通信而言，作為載波的太赫茲波能穿透沙塵、煙霧、塑料聚合物、木板、紙張，可實現跨障礙物通信。

目前，在現有的太赫茲通信技術中，攜帶通信編碼信息的太赫茲波載波在發射裝置與接受裝置之間傳輸時，很容易受到外界環境，諸如空氣流動、濕度變化、煙塵等的隨機干擾，而且容易被第三方截獲、解碼，使得常規的太赫茲通信技術在抗干擾能力和安全保密性方面亟需進一步提高。

發明內容

針對上述現有技術存在的缺陷或不足，本發明的目的在于，提供一種基于量子雙光子糾纏的太赫茲波通信裝置，具有非定域式、安全保密性高、抗干擾能力強的等優點。

為了實現上述任務，本發明采用如下的技術解決方案：

一種基于量子雙光子糾纏的太赫茲波通信裝置，包括泵浦光源、半波片、偏振分束器、凸透鏡、MgO：LiNbO₃晶體、信息空間編碼器、太赫茲光子收集透鏡、窄帶濾波片、太赫茲單光子探測器、單光子計數器、符合測量裝置、信息空間解碼器；

從泵浦光源出射的泵浦光，入射半波片和偏振分束器后，通過凸透鏡會聚，形成波面為球面形的泵浦光束，激勵MgO：LiNbO₃晶體產生具有雙光子糾纏性質的太赫茲光子和斯托克斯光子；其中：

在太赫茲光子通信通道上放置信息空間編碼器、太赫茲光子收集透鏡、窄帶濾波片、太赫茲單光子探測器；

在斯托克斯光子通信通道上，放置加有光纖尾纖的單光子探測器接收其光子，并可做空間二維掃描。

太赫茲單光子探測器和單光子探測器分別連接符合測量裝置，符合測量裝置連接空間信息編碼器。

所述泵浦光源1選擇電光調Q脈沖Nd:YAG激光器。

所述MgO：LiNbO₃晶體為X-Y-Z方式切割，在泵浦光出射端有一25°的切割角，切割面光學拋光；在兩個Y-Z面光學拋光，并鍍中心波長為1064nm的增透膜。

所述太赫茲光子收集透鏡由高密度白色聚乙烯或TPX材質制成。

符合測量裝置由時幅轉換儀和多通道分析儀組成。

本發明的基于量子雙光子糾纏的太赫茲波通信裝置，具有非定域式、抗干擾能力強、安全保密性高、操作性靈活的等優點，可廣泛用于軍事偵察、空間保密通信等領域，應用前景巨大。與現有的太赫茲波通信技術相比，在這種太赫茲通信技術中，有兩路通信通道：一路通信通道是太赫茲光子通信通道。信息空間編碼器置于太赫茲光子通信通道中，通過信息空間編碼器的太赫茲光子被固定的太赫茲單光子計數器接收，產生具有量子隨機特性的電脈沖信號，該電脈沖信號不具有任何編碼信息；另一路是斯托克斯光子通信通道。在斯托克斯光子通信通道中的單光子計數器做二維空間掃描，接收不具有任何編碼信息的隨機斯托克斯光子，同樣產生具有量子隨機特性的電脈沖信號。只有兩路電信號同時通過符合測量裝置后，才能再現真實的空間編碼信息，再通過信息空間解碼器還原通信信息。也就是說，僅僅截獲任一路通信通道的信號，是無法還原、再現空間編碼信息的。這種非局域性特點，大大提高了太赫茲波通信的安全保密性。而且，即使太赫茲光子通信通道受到外界的隨機干擾，通過對具有雙光子糾纏特性太赫茲光子和斯托克斯光子的符合測量，仍可以實現順暢的通信傳輸。

附圖說明

圖1是本發明的基于量子雙光子糾纏的太赫茲波通信裝置的結構示意圖。

圖2是MgO：LiNbO₃晶體的切割方式示意圖。

圖3是泵浦光光子的波矢、斯托克斯光子的波矢和太赫茲光子的波矢滿足的非共線相位匹配示意圖。