[發明專利]一種四路同軸的自由空間量子通信編碼裝置

有效

• 申請號: 201710395474.4
• 申請日: 2017-05-27
• 公開（公告）號: CN107147442B
• 公開（公告）日: 2023-05-05
• 發明（設計）人: 吳金才;何志平;王天洪;舒嶸;王建宇
• 申請（專利權）人: 中國科學院上海技術物理研究所
• 主分類號: H04B10/11
• 分類號: H04B10/11;H04B10/70;H04B10/532;H04J14/06
• 代理公司: 上海滬慧律師事務所 31311
• 代理人: 李秀蘭

1.一種四路同軸的的自由空間量子通信編碼裝置，包括BB84偏振編碼模塊(1)、光束耦合裝置(2)、第一可旋轉1/4波片(3)、第二可旋轉1/4波片(4)、可旋轉1/2波片(5)、擴束鏡(6)、保偏切光鏡(7)、BB84偏振解碼模塊(8)，其特征在于：

所述的BB84偏振編碼模塊(1)由帶LD的第一保偏光纖(1-1-1)、帶LD的第二保偏光纖(1-1-2)、帶LD的第三保偏光纖(1-2-1)及帶LD的第四保偏光纖(1-2-2)、第一渥拉斯頓棱鏡(1-1)、第二渥拉斯頓棱鏡(1-2)、消偏振BS(1-3)、準直透鏡(1-4)及PIN管(1-5)組成；第一渥拉斯頓棱鏡(1-1)將帶LD的第一保偏光纖(1-1-1)、帶LD的第二保偏光纖(1-1-2)輸出的兩束正交偏振光進行合束；所述的第二渥拉斯頓棱鏡(1-2)將帶LD的第三保偏光纖(1-2-1)、帶LD的第四保偏光纖(1-2-2)輸出的兩束正交偏振光進行合束；同時經過第一渥拉斯頓棱鏡(1-1)、第二渥拉斯頓棱鏡(1-2)合束的2種正交偏振光經過消偏振BS(1-3)進行合束，通過旋轉透射端渥拉斯頓棱鏡1-145°來保證透射光與反射光之間偏振方向偏差45°，保證4路偏振光分別以0°、90°、+45°和-45°線偏方向出射，從而保證4種偏振態編碼輸出，最后經過準直透鏡(1-4)后發出平行光束,而PIN管(1-5)用于檢測四路光功率；

BB84偏振編碼模塊(1)通過帶LD的第一保偏光纖(1-1-1)、帶LD的第二保偏光纖(1-1-2)、帶LD的第三保偏光纖(1-2-1)及帶LD的第四保偏光纖(1-2-2)引入4路量子信號，所述4路量子信號中的大部分光經過BB84偏振編碼模塊(1)后分別以0°、90°、+45°和-45°4種線偏光同軸輸出，4種線偏光再經過光束耦合裝置(2)準直后輸出，輸出的4路準直光分別經過第一可旋轉1/4波片(3)、第二可旋轉1/4波片(4)、可旋轉1/2波片(5)、擴束鏡(6)后發射，其中擴束鏡(6)用于壓縮出射光發散角，同時擴大出射光斑大小；

所述4路量子信號中的小部分光經過保偏切光鏡(7)反射后進入BB84偏振解碼模塊(8)，BB84偏振解碼模塊(8)可對進入至模塊內部的偏振光的0°、90°、+45°和-45°的偏振分量同時進行測量，進而監視出射光偏振狀態，通過對出射光偏振狀態的測量，利用波片組進行偏振態補償來保證出射光的偏振狀態；同時帶LD的第一保偏光纖(1-1-1)、帶LD的第二保偏光纖(1-1-2)、帶LD的第三保偏光纖(1-2-1)及帶LD的第四保偏光纖(1-2-2)所引入量子信號能量大小可由BB84解碼模塊(8)所接收到的信號進行反饋，通過能量反饋信息將4路出射光的能量調節一致。

2.根據權利要求1所述的一種四路同軸的的自由空間量子通信編碼裝置，其特征在于：所述的光束準直裝置(2)由耦合透鏡(2-1)、單模光纖(2-2)及準直發射透鏡(2-3)組成；BB84偏振編碼模塊(1)輸出的平行光，首先經過耦合透鏡(2-1)后耦合到單模光纖(2-2)內,再經過準直發射透鏡(2-3)準直輸出。

3.根據權利要求1所述的一種四路同軸的的自由空間量子通信編碼裝置其特征在于：所述的可旋轉1/4波片(3)、可旋轉1/4波片(4)、可旋轉1/2波片(5)均能夠在入射光正交面內旋轉，其相位延遲精度在使用波長處均優于1/300λ。

4.根據權利要求1所述的一種四路同軸的的自由空間量子通信編碼裝置，其特征在于：所述的保偏切光鏡(7)切光角度小于25°，要求+45°和-45°線偏光反射后的消光比優于5000：1。

5.根據權利要求1所述的一種四路同軸的的自由空間量子通信編碼裝置，其特征在于：所述的BB84偏振解碼模塊(8)由帶探測器的第一多模光纖(8-1-1)、帶探測器的第二多模光纖(8-1-2)、帶探測器的第三多模光纖(8-2-1)及帶探測器的第四多模光纖(8-2-2)、第三渥拉斯頓棱鏡(8-1)、第四渥拉斯頓棱鏡(8-2)、消偏振BS(8-3)、會聚透鏡(8-4)組成；

所述的部分出射光束經過保偏切光鏡(7)反射后進入BB84解碼模塊(8)內，首先經過會聚透鏡(8-4)會聚，會聚光經過消偏振BS(8-3)分成透射與反射兩路，透射光經過第三渥拉斯頓棱鏡(8-1)偏振分光后分別引入至帶探測器的第一多模光纖(8-1-1)、帶探測器的第二多模光纖(8-1-2)內進行探測，反射光經過第四渥拉斯頓棱鏡(8-2)偏振分光后分別引入至帶探測器的第三多模光纖(8-2-1)、帶探測器的第四多模光纖(8-2-2)內進行探測；所述的消偏振BS(8-3)具備保偏功能，0°、90°、+45°和-45線偏光經過BS(8-3)后的消光比優于2000：1，同時通過旋轉透射端第三渥拉斯頓棱鏡(8-1)45°來保證透射光與反射光之間偏振方向偏差45°，從而保證4路偏振光分別以0°、90°、+45°和-45°方向進行偏振分量檢測。