[發(fā)明專利]一種基于B92協(xié)議的逆向調(diào)制自由空間QKD系統(tǒng)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202111672225.8
• 申請日: 2021-12-31
• 公開（公告）號: CN114531231B
• 公開（公告）日: 2023-06-30
• 發(fā)明（設計）人: 郭邦紅;朱明昊;胡敏
• 申請（專利權(quán)）人: 華南師范大學
• 主分類號: H04L9/08
• 分類號: H04L9/08;H04B10/54
• 代理公司: 廣州圣理華知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 44302
• 代理人: 李唐明

1.一種基于B92協(xié)議的逆向調(diào)制自由空間QKD系統(tǒng)，其特征在于：包括詢問端、自由空間信道和逆向調(diào)制端；所述詢問端和逆向調(diào)制端通過自由空間信道進行量子密鑰分發(fā)；

所述詢問端包括信號產(chǎn)生模塊和信號測量模塊；所述信號產(chǎn)生模塊包括脈沖激光器、四分之一波片、第一分束器和第一光學天線；所述脈沖激光器、四分之一波片、第一分束器、第一光學天線依次連接，所述第一分束器與所述信號測量模塊連接；

所述逆向調(diào)制端包括相互連接的第二光學天線和信號調(diào)制模塊；

所述第一光學天線與第二光學天線通過自由空間信道連接；

所述脈沖激光器產(chǎn)生一系列的垂直線偏振脈沖信號，經(jīng)過四分之一波片變成右旋圓偏振信號，信號通過第一分束器分成兩束信號，一束為透射信號，一束反射信號；透射信號作為詢問信號經(jīng)過第一光學天線，并通過自有空間信道傳輸?shù)侥嫦蛘{(diào)制端；

所述逆向調(diào)制端通過第二光學天線接收詢問端發(fā)送的詢問信號，經(jīng)信號調(diào)制模塊調(diào)制后，依次通過第二光學天線和自由空間信道反向傳輸回詢問端；

所述詢問端的第一光學天線接收到反射信號后傳輸?shù)降谝环质鳎?jīng)第一分束器反射后進入信號測量模塊進行偏振態(tài)測量；

所述信號測量模塊包括第一半波片、第二分束器、對角基測量單元和直角基測量單元；所述第一半波片與所述第一分束器和第二分束器連接；所述第二分束器與所述對角基測量單元和直角基測量單元連接；

所述對角基測量單元包括第二半波片、第一偏振分束器、第一單光子探測器和第二單光子探測器；所述第二半波片與所述第一偏振分束器和第二分束器連接；所述第一偏振分束器與第一單光子探測器和第二單光子探測器連接；

所述直角基測量單元包括與第二分束器連接的第二偏振分束器以及與所述第二偏振分束器連接的第三單光子探測器和第四單光子探測器；

所述信號調(diào)制模塊包括第一強度調(diào)制器、第三偏振分束器以及與第三偏振分束器連接的水平分量逆向調(diào)制單元和垂直分量逆向調(diào)制單元；

所述水平分量逆向調(diào)制單元包括依次連接第一正透鏡、第二強度調(diào)制器和第一反射鏡；

所述垂直分量逆向調(diào)制單元包括依次連接第二正透鏡、第三強度調(diào)制器和第二反射鏡；所述第一正透鏡和第二正透鏡與所述第三偏振分束器連接；

所述第一強度調(diào)制器為多量子阱調(diào)制器。

2.如權(quán)利要求1所述的一種基于B92協(xié)議的逆向調(diào)制自由空間QKD系統(tǒng)，其特征在于：所述四分之一波片的快軸與入射信號的偏振方向成45°角；用瓊斯矢量與瓊斯矩陣表示即為

其中，是光軸方向為45°的四分之一波片的瓊斯矩陣；為垂直線偏振態(tài)的瓊斯矢量；E′為垂直線偏振信號經(jīng)過所述四分之一波片后的輸出信號，E₀為光場振幅。

3.如權(quán)利要求1所述的一種基于B92協(xié)議的逆向調(diào)制自由空間QKD系統(tǒng)，其特征在于：所述第一分束器為10：90分束器；第一分束器將入射信號分成透射信號和反射信號；所述透射信號強度為入射信號強度的10％，反射信號強度為入射信號強度的90％。

4.如權(quán)利要求1所述的一種基于B92協(xié)議的逆向調(diào)制自由空間QKD系統(tǒng)，其特征在于：所述第一半波片的光軸通過旋轉(zhuǎn)電機調(diào)節(jié)其方向，可將任意θ和θ+45°線偏振的入射信號分別轉(zhuǎn)換成45°和0°線偏振的輸出信號。

5.如權(quán)利要求4所述的一種基于B92協(xié)議的逆向調(diào)制自由空間QKD系統(tǒng)，其特征在于：所述詢問端的第一光學天線接收到反射信號后傳輸?shù)降谝环质鳎?jīng)過第一分束器反射后，進入到第一半波片進行偏振補償，原非對角基或非直角基的信號，經(jīng)過偏振補償后轉(zhuǎn)換對角基或直角基信號；經(jīng)過偏振補償后的信號入射到第二分束器，入射到第二分束器的信號有50％的概率透射和50％的概率反射；

當輸入第二分束器的信號被反射時，經(jīng)過第二半波片進行基矢轉(zhuǎn)換后輸入到第一偏振分束器，輸入信號的水平偏振分量會從第一偏振分束器透射，入射到第一單光子探測器引起響應；輸入信號的垂直偏振分量會從第一偏振分束器反射，入射到單光子探測器引起響應；

當入射到第二分束器的信號透射時，會經(jīng)過偏振分束器，輸入的信號的水平偏振分量會從偏振分束器透射，入射到第四單光子探測器引起響應；輸入信號的垂直偏振分量會從偏振分束器反射，入射到第三單光子探測器引起響應。