[發(fā)明專利]基于硅光子集成芯片的CVQKD系統(tǒng)及方法

有效

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• 申請日: 2021-03-01
• 公開（公告）號: CN113037473B
• 公開（公告）日: 2022-07-15
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 黃端;張琦
• 申請（專利權(quán)）人: 中南大學(xué)
• 主分類號: H04L9/08
• 分類號: H04L9/08;G02B6/12
• 代理公司: 長沙永星專利商標(biāo)事務(wù)所(普通合伙) 43001
• 代理人: 周詠;米中業(yè)

1.一種基于硅光子集成芯片的CVQKD系統(tǒng)，其特征在于包括光源處理部分、量子密鑰發(fā)射端、光纖信道和量子密鑰接收端；光源處理部分將光源發(fā)出的信號耦合處理后分為信號光和本振光，信號光發(fā)送到量子密鑰發(fā)射端，本振光發(fā)送到量子密鑰接收端，同時(shí)量子密鑰發(fā)射端將信號處理后通過光纖信道將信號發(fā)送到量子密鑰接收端；量子密鑰發(fā)射端將信號光進(jìn)行調(diào)制并過濾，解調(diào)并采樣之后生成高斯密鑰，高斯密鑰通過耦合后經(jīng)過光纖信道發(fā)射到量子密鑰接收端；量子密鑰接收端對光纖信道輸出的光信號進(jìn)行處理，同時(shí)將調(diào)制后的本振光進(jìn)行零差檢測；量子密鑰發(fā)射端和量子密鑰輸出端均利用硅光子集成技術(shù)集成在同一片硅基光子芯片上；

所述的光源處理部分包括光源、錐形耦合器和第一分束器；光源連接錐形耦合器的輸入端，錐形耦合器的輸出端連接第一分束器的輸入端，第一分束器的輸出端分別連接量子密鑰發(fā)射端和量子密鑰接收端；光源輸出連續(xù)光波；連續(xù)光波通過錐形耦合器進(jìn)行耦合；耦合后的連續(xù)光波再通過第一分束器以1:99分成兩束，其中1％的一束的為信號光，99％的一束為本振光，且信號光輸出到量子密鑰發(fā)射端，本振光輸出到量子密鑰接收端；

所述的量子密鑰發(fā)射端包括第二分束器、第一幅度調(diào)制器、熱光移相器、第二幅度調(diào)制器、第三分束器、第三幅度調(diào)制器、第一相位調(diào)制器、濾波器和第一二維光柵耦合器；第二分束器接收第一分束器發(fā)出的信號光；第二分束器的第一輸出端連接第一幅度調(diào)制器，第二分束器的第二輸出端連接第二幅度調(diào)制器；第一幅度調(diào)制器串接熱光移相器后連接第三分束器的第一輸入端；第二幅度調(diào)制器的輸出端連接第三分束器的第二輸入端；第三分束器的輸出端依次串接第三幅度調(diào)制器、第一相位調(diào)制器和濾波器后連接第一二維光柵耦合器的輸入端，第一二維光柵耦合器的輸出端為量子密鑰發(fā)射端的輸出端；第二分束器將接收的信號光分為兩束，一束發(fā)射到第一幅度調(diào)制器，另一束發(fā)射到第二幅度調(diào)制器；第一幅度調(diào)制器、第二幅度調(diào)制器和熱光移相器組成IQ調(diào)制器；第一幅度調(diào)制器和第二幅度調(diào)制器組成雙平行馬赫增德調(diào)制器，熱光移相器則通過施加直流電壓產(chǎn)生相位差，用于執(zhí)行相位調(diào)制；經(jīng)過IQ調(diào)制后的光信號通過第三幅度調(diào)制器進(jìn)行幅度調(diào)制，再通過第一相位調(diào)制器進(jìn)行相位調(diào)制；濾波器將光信號進(jìn)行過濾，解調(diào)并采樣后生成高斯密鑰；高斯密鑰通過第一二維光柵耦合器耦合為耦合高斯密鑰，耦合高斯密鑰通過光纖信道傳輸至量子密鑰接收端；

所述的量子密鑰接收端包括第二相位調(diào)制器、衰減器、第四分束器、偏振控制器、第二二維光柵耦合器和零拍探測器；第二相位調(diào)制器的輸入端連接第一分束器，第二相位調(diào)制器串接衰減器后連接第四分束器的第一輸入端；偏振控制器接收光纖信道發(fā)射的耦合高斯密鑰，偏振控制器的輸出端串接第二二維光柵耦合器后連接第四分束器的第二輸入端；第四分束器的輸出端連接零拍探測器；第二相位調(diào)制器對第一分束器發(fā)射的本振光進(jìn)行相位調(diào)制輸出子本振光；衰減器對子本振光進(jìn)行相對衰減輸出孫本振光；偏振控制器補(bǔ)充光纖信道發(fā)射的耦合高斯密鑰偏振方向的偏轉(zhuǎn)；第二二維光柵耦合器用于將偏正控制器輸出的光信號耦合到硅波導(dǎo)中；經(jīng)過第二二維光柵耦合器處理過的信號光和經(jīng)過調(diào)制處理的孫本振光在第四分束器的作用下分成兩路，并由零拍探測器進(jìn)行零差檢測。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于硅光子集成芯片的CVQKD系統(tǒng)，其特征在于所述的光源采用型號為TSL-510的可調(diào)諧激光器。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于硅光子集成芯片的CVQKD系統(tǒng)，其特征在于所述的零拍探測器包括50:50分束器、第一光電二極管和第二光電二極管；50:50分束器將信號分別發(fā)送到第一光電二極管和第二光電二極管中進(jìn)行零差檢測。

4.一種權(quán)利要求1～3之一所述的基于硅光子集成芯片的CVQKD系統(tǒng)的方法，其特征在于包括如下步驟：

S1.光源處理部分將光源發(fā)出的信號耦合處理后分發(fā)為信號光和本振光，信號光發(fā)送到量子密鑰發(fā)射端，本振光發(fā)送到量子密鑰接收端；

S2.量子密鑰發(fā)射端將信號光進(jìn)行調(diào)制并過濾，解調(diào)并采樣之后生成高斯密鑰，高斯密鑰經(jīng)過耦合后發(fā)送到光纖信道中；

S3.光纖信道將量子密鑰發(fā)射端發(fā)射的光信號發(fā)送到量子密鑰接收端；

S4.量子密鑰接收端對光纖信道輸出的光信號進(jìn)行處理，同時(shí)將調(diào)制后的本振光進(jìn)行零差檢測。