[實用新型]一種偏振調(diào)制器及量子密鑰分發(fā)系統(tǒng)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202020504410.0
• 申請日: 2020-04-08
• 公開（公告）號: CN211630172U
• 公開（公告）日: 2020-10-02
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 馬昆;龔攀;劉建宏;馮斯波;劉軍
• 申請（專利權(quán)）人: 山東國迅量子芯科技有限公司
• 主分類號: H04L9/08
• 分類號: H04L9/08;H04B10/70;H04B10/532;H04B10/556
• 代理公司: 濟南圣達知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 37221
• 代理人: 李琳

本實用新型提供了一種偏振調(diào)制器及量子密鑰分發(fā)系統(tǒng)，在硅基片上集成，包括1×2分束器、偏置相移器、2×2分束器、相移器和偏振合成器，所述1×2分束器的輸入端用于接收輸入信號光，兩個輸出端分別連接2×2分束器的不同輸入端，其中一路上額外設(shè)置有所述偏置相移器；所述2×2分束器的兩個輸出端分別連接一相移器，兩個相移器的輸出端分別連接偏振合成器的不同輸入端。提高了集成度、減少了體積，也降低了投入成本。

技術(shù)領(lǐng)域

本實用新型屬于偏振編碼技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種偏振調(diào)制器及量子密鑰分發(fā)系統(tǒng)。

背景技術(shù)

本部分的陳述僅僅是提供了與本實用新型相關(guān)的背景技術(shù)信息，不必然構(gòu)成在先技術(shù)。

偏振編碼的量子密鑰分發(fā)(QKD)系統(tǒng)是以光子偏振態(tài)為信息載體實現(xiàn)密鑰分發(fā)。光子偏振態(tài)制備在QKD系統(tǒng)中至關(guān)重要。光子偏振態(tài)制備準(zhǔn)確度以及穩(wěn)定性直接決定了商用QKD系統(tǒng)長期誤碼率及安全性。

根據(jù)發(fā)明人了解，目前主要包括兩種光子偏振態(tài)制備方案，其中一種是利用現(xiàn)有商用的量子密鑰分發(fā)方案將經(jīng)典分立器件(偏振分束器、相移器、光纖、法蘭等)組合連接，搭建成所需功能的偏振調(diào)制器/模塊。此方案制作出的偏振調(diào)制器/模塊體積龐大，不利于集成。受環(huán)境溫度、震動影響明顯，穩(wěn)定性較差。

另一種方案是采用硅光子片上集成技術(shù)實現(xiàn)量子密鑰發(fā)送端光學(xué)系統(tǒng)功能。如圖1所示：采用兩級馬赫曾德干涉儀(MZ干涉儀)結(jié)構(gòu)。偏振調(diào)制器由兩級MZ干涉儀串聯(lián)構(gòu)成，用于制備水平偏振態(tài)H、垂直偏振態(tài)V、+45°偏振態(tài)P和-45°偏振態(tài)N。現(xiàn)有QKD產(chǎn)品均采用脈沖光源，這要求兩級干涉結(jié)構(gòu)中相移器均需要用脈沖電壓來驅(qū)動。第一級干涉結(jié)構(gòu)中信號光在兩臂的相位差為0和π時，分別對應(yīng)制備出水平和垂直偏振態(tài)。第一級兩臂相位差為π/2前提下，第二級兩臂相位差為0和π，分別對應(yīng)制備出+45°偏振態(tài)和-45°偏振態(tài)。在QKD系統(tǒng)中，通常采用幾百MHz甚至GHz的信號。在如此高頻調(diào)制下，驅(qū)動很難達到完美的相位差。并且π/2相移在相移-功率的干涉曲線中間位置，斜率最大，相移抖動對干涉功率輸出影響較大，第二級干涉結(jié)構(gòu)偏振態(tài)調(diào)制對第二級干涉結(jié)構(gòu)上下兩臂光強比例依賴性較強。因此第一級調(diào)制相位差出現(xiàn)稍微偏差對第二級干涉結(jié)構(gòu)偏振態(tài)制備影響非常顯著。其次，此方案采用兩路獨立動態(tài)驅(qū)動電路，成本較高。

實用新型內(nèi)容

本實用新型為了解決上述問題，提出了一種偏振調(diào)制器及量子密鑰分發(fā)系統(tǒng)，本實用新型提高了系統(tǒng)集成度，降低了光學(xué)系統(tǒng)成本，減少了動態(tài)驅(qū)動電路的個數(shù)。

根據(jù)一些實施例，本實用新型采用如下技術(shù)方案：

一種偏振調(diào)制器，在硅基片上集成，包括1×2分束器、偏置相移器、2×2分束器、相移器和偏振合成器，其中：

所述1×2分束器的輸入端用于接收輸入信號光，兩個輸出端通過波導(dǎo)分別連接2×2分束器的不同輸入端，其中一路上額外設(shè)置有所述偏置相移器；

所述2×2分束器的兩個輸出端分別連接一相移器，兩個相移器的輸出端分別連接偏振合成器的不同輸入端。

各部件在硅基片上集成，有效的解決了現(xiàn)有技術(shù)方案中經(jīng)典分立器件方式中存在的體積龐大、穩(wěn)定性差等問題，極大提高了集成度，也降低了光學(xué)系統(tǒng)成本。

作為可選擇的實施方式，所述偏置相移器和相移器具有輸入端以連接外圍驅(qū)動電路，且所述偏置相移器被配置為接收直流電壓驅(qū)動信號，所述相移器被配置為接收脈沖驅(qū)動信號。

作為可選擇的實施方式，所述偏置相移器可以為熱調(diào)諧型相移器或基于載流子色散效應(yīng)的硅基相移器。

作為可選擇的實施方式，所述相移器可以為PN型相移器；

所述PN型相移器為基于載流子色散效應(yīng)的硅基相移器，摻雜結(jié)構(gòu)為PIN型或PN型。

當(dāng)然，在其他可選擇的實施方式中，可以根據(jù)情況，選擇其他類型的相移器。