[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

本發明公開一種四路同軸的自由空間量子通信編碼裝置，該裝置將4路編碼信號耦合至1根單模光纖進行發射來確保4路量子光的高精度同軸，同時利用單模光纖具備幺正變化的偏振特性，采用1/4、1/4、1/2波片組合的方案對光纖引入的偏振變化進行補償來確保出射光的偏振狀態，并利用BB84解碼模塊對偏振補償進行監測來保證偏振補償效果。該發明具備高同軸度及高穩定性的特性，保密性更高；該發明適應了空間量子通信中對編碼模塊小型化、高保偏、高可靠的迫切需求。

技術領域

本發明公開了一種高同軸度的自由空間量子通信編碼裝置，特別適用于基于偏振編碼的自由空間量子通信系統中，還適用于基于偏振編碼的自由空間光通信系統。

背景技術

保密通信是一種讓通信雙方在絕密狀態下交換信息的傳送方式，許多國家都非常重視保密通信的研究。量子通信技術的研究緊扣國家安全重大需求問題，可望大幅度提高信息傳輸的安全性、信息傳輸通道容量和效率等，是未來信息技術發展的重要戰略性方向，并極有可能引起諸多科學和技術領域的革命，對經濟和社會的進步產生難以估量的影響。國際上重要的發達國家，特別是美國、歐盟和日本均已投入大量人力物力致力于自由空間量子通信的理論和實驗研究。

近年來，量子通信研究進展迅速，遠距離量子通信則成為了國際激烈競爭的焦點。目前量子通信的技術手段主要包括：基于光纖通道、基于自由空間通道的量子傳輸。但由于光纖材料的限制，光纖的損耗和退相干效應無法避免，目前低損耗光纖的性能已經逼近理論極限，利用光纖在相距100公里以上的兩點建立量子信道變得非常困難。自由空間量子信道是當前實現遠距離量子通信實驗的最為可行的方案之一，遠距離自由空間量子通信已經成為了國際研究的焦點，自由空間QKD的密鑰編碼方式一般采用BB84方案,其密鑰是利用單光子的偏振態來進行二進制編碼，其中定義水平(H)或+45°(+)線偏振對應于經典比特0；豎直(V)或-45°(-)線偏振對應于經典比特1，為了防止竊聽者的非相干攻擊，一般采用基于誘騙態的量子密鑰分發(QKD)技術來判斷是否存在竊聽者，判斷竊聽者的主要依據是通過誘騙態與信號態之間的比例關系，而4種偏振態之間的接收效率關系對該比例的判斷至關重要，設計絕對同軸的量子編碼模塊對是否存在竊聽者意義重大。

本發明針對以上自由空間量子通信的應用需求，公開一種絕對同軸的自由空間量子通信編碼裝置及其設計方法，該發明具備高同軸度及高穩定性的特性，保密性更高；同時適應了自由空間量子通信中對編碼模塊小型化、高保偏、高可靠的迫切需求。

發明內容

本發明的目的是提供一種高同軸度的自由空間量子通信編碼裝置，該發明裝置特別適用于基于偏振編碼的自由空間量子通信系統中，還適用于基于偏振編碼的自由空間光通信系統。該發明主要利用同一根光纖發射來保證量子光的同軸，從而獲得一種高同軸性、高保密性的裝置。該發明的特點主要體現在：量子光發射同軸度及穩定性高，保密性強；。

本發明裝置如附圖1所示：該發明裝置由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組成。其中BB84偏振編碼模塊?1可分別通過帶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量子信號經過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后準直輸出，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。