集成微腔光频梳的CVQKD系统及其光路的实现方法技术方案

本发明专利技术公开了一种基于集成微腔光频梳的CVQKD系统，包括：发送端：利用集成微腔产生光频梳，调制出纠缠光子对；将部分信号光和闲频光发送给接收端，对另一部分信号光和闲频光进行零差探测，记录裸码值；与接收端进行经典通信，发送加密过的消息，并对密钥进行处理；干扰端：对通信产生干扰；接收端：利用集成微腔产生光频梳，调制出纠缠光子对；接收来自发送端的闲频光和信号光并对其进行零差探测，记录裸码值；与发送端进行经典通信，解密接收到的消息，对密钥进行后处理。本发明专利技术还提供一种基于集成微腔光频梳的CVQKD系统的光路实现方法。本发明专利技术解决了现有纠缠态连续变量量子密钥分发系统存在的纠缠度低、复杂度高、功耗高等问题。功耗高等问题。功耗高等问题。

【技术实现步骤摘要】
集成微腔光频梳的CVQKD系统及其光路的实现方法


[0001]本专利技术属于量子密钥分发
，涉及一种集成微腔光频梳的CVQKD系统及其光路的实现方法。

技术介绍

[0002]连续变量量子密钥分发（CVQKD，Continuous Variable Quantum Key Distribution）将信息加载到量子信号脉冲的相位、振幅、角动量等连续变量上，实现量子信号的调制，接收端采用平衡零差测量实现信息的提取，从而实现量子密钥的传递。基于纠缠态的连续变量量子密钥分发技术相比于其他协议具有更好的抗噪声性能。
[0003]目前制备连续变量量子纠缠的最有效途径之一是利用二阶非线性过程[45
‑
58]，主要利用非简并光学参量放大器(NOPA, Non
‑
degenerateOpticalParametricAmplifier)对从种子光注入模块的不同比例的信号光、闲频光以及泵浦光进行放大、调制，配合多级外围相位锁定模块，产生稳定的纠缠源。因而存在实际光路复杂，NOPA腔长和相位的锁定精度不高、晶体热效应较高，因而纠缠度低等问题。

技术实现思路

[0004]为实现上述目的，本专利技术提供一种集成微腔光频梳的CVQKD系统及其光路的实现方法，解决了现有纠缠态连续变量量子密钥分发系统存在的纠缠度低、复杂度高、功耗高等问题。
[0005]本专利技术所采用的技术方案是，一种基于集成微腔光频梳的CVQKD系统，包括：发送端：利用内部的集成微腔产生光频梳，调制出处于纠缠态的用于密钥分发的纠缠光子对；将部分信号光和闲频光发送给接收端，对另一部分信号光和闲频光进行零差探测，记录裸码值，并分别发送至接收端；与接收端进行经典通信，发送加密过的消息，并对密钥进行处理；干扰端：用于对发送端与接收端之间的通信产生干扰；接收端：利用内部的集成微腔产生光频梳，调制出处于纠缠态的用于密钥检测的纠缠光子对；接收来自发送端的闲频光和信号光，对接收到的闲频光和信号光进行零差探测，记录此时的裸码值；与发送端进行经典通信，解密接收到的消息，对密钥进行后处理。
[0006]进一步地，所述发送端和接收端均包括一种基于集成微腔光频梳的双色纠缠源产生装置；所述双色纠缠源产生装置包括：光频梳生成模块和纠缠源调制模块，其中，所述光频梳生成模块包括：主连续可调谐激光器：工作范围在1480nm~1640nm，用于为系统提供主激光泵浦源，产生单一稳定的频率，作为光频梳的中心频率；辅助连续可调谐激光器：工作范围在1480nm~1640nm，用于对环形微腔进行热效应调节，保证最终形成的光频梳维持稳定；主镱铒共掺功率放大器：用于对主连续可调激光器的功率进行放大，满足环形微
腔发生四波混频所需的输入功率；辅助主镱铒共掺功率放大器：用于对辅助连续可调谐激光器的功率进行放大，确保能够达到平衡环形微腔内光频梳的目的；光隔离器：用于确保主镱铒共掺功率放大器的输出光沿着一个方向传播，阻挡来自尾纤端面与环形器的反射光，保护主镱铒共掺功率放大器不受冲击导致损坏；辅助光隔离器：用于确保辅助主镱铒共掺功率放大器的输出光沿着一个方向传播，阻挡来自尾纤端面与环形器的反射光，保护辅助主镱铒共掺功率放大器不受冲击导致损坏；偏振控制器：用于对来自主连续可调谐激光器的光束进行滤波，选取最合适偏振光输入到环形微腔，确保只有单一模式输入到环形微腔，能够高效产生四波混频效应，形成光频梳；辅助偏振控制器：用于对来自辅助主镱铒共掺功率放大器的光束进行滤波，选取最合适偏振光输入到环形微腔，确保只有单一模式输入到环形微腔，确保不产生多余的偏振光，提供纯净的环形微腔热环境；环形微腔：用于接收来自偏振控制器和辅助偏振控制器的偏振光，形成原始光频梳。
[0007]进一步地，所述纠缠源调制模块包括：第一频率整形器：用于从环形微腔输出的原始光频梳中，根据纠缠调制类型挑选出相关性最大的两组光子对，分别为信号光子对和闲频光子对，组成双色的纠缠光子源；相位调制器：用于对纠缠光子源进行相位调制，令两组信号光和闲频光分别进行干涉操作，改变光子态，生成新的频率边带，分布在原始信号光和闲频光的1/2相位差处，形成双色纠缠光子对；第二频率整形器：用于将纠缠光子对拆开，分为独立的信号光和闲频光，信号光用于发送端调制密钥，闲频光用于接收端解析密钥；分束器：将信号光分为SIGNAL和SIGNAL1两个部分，信号光SIGNAL用于量子密钥的调制时与闲频光干涉产生系统所需的量子态，信号光SIGNAL1直接通过信道发送给接收端，用于接收端对量子密钥的检测。
[0008]进一步地，所述发送端还包括：平衡零差探测器：采用零差探测方式对输入的信号光SIGNAL和闲频光之间产生的干涉光进行探测，分别对干涉光正交正交分量和正交位相分量进行提取，在连续提取过程中完成裸码与密钥的分析；分束器：用于将闲频光分为两个部分，分别用于与信号光SIGNAL的干涉，和与信号光SIGNAL1的合束；振幅调制器：用于对闲频光进行调制，产生频率边带本振光；偏振分束器：用于将振幅调制器输出的本振光信号一分为二，同时能够保持偏振态不变；法拉第镜：用于将偏振分束器分离出的本振光以相同的偏振再次注回主光路；光纤合束器：用于使信号光SIGNAL1和本振光以相互垂直的偏振方向耦合进入单模光纤。
[0009]进一步地，所述接收端包括：偏振控制器：用于补偿接收到的经过长距离传输的光的偏振；光纤偏振分束器：用于将信号光SIGNAL1和本振光进行分离；偏振分束器：用于将信号光SIGNAL1分束；法拉第镜：用于将分束后的信号光反射回光路；光纤光学放大器：用于放大本振光信号；相位调制器：用于将本振光和信号光SIGNAL1锁定于不同相位；平衡零差探测器：采用零差探测方式对不同相位的本振光和信号光SIGNAL1进行探测，分别对干涉光正交振幅分量和正交位相分量进行提取，在提取过程中完成裸码与密钥的分析。
[0010]本专利技术还提供了一种基于集成微腔光频梳的CVQKD系统的光路实现方法，包括以下步骤：步骤S1、发送端通过平衡零差探测器对双色纠缠源产生装置输出的信号光SIGNAL与一部分闲频光光场干涉后的正交分量进行测试，并将平衡零差探测器交流信号通过数据采集卡采集到电脑中，得到一组裸码；然后将本振光通过偏振分束器和法拉第镜延迟后调制为脉冲光，脉冲光和信号光SIGNAL1耦合入光纤中，经干扰端发送至接收端；步骤S2、干扰端对发送端与接收端之间的通信产生干扰；步骤S3、接收端的偏振控制器首先对经过长距离传输的光信号的偏振进行补偿，通过配合光纤偏振分束器，将信号光SIGNAL1和本振光分离；分离后的信号光SIGNAL1经偏振分束器、法拉第镜延迟后射回主光路；本振光经光纤光学放大器放大后再经相位调制器调制，最后与延迟后的信号光SIGNAL1一起进入平衡零差探测器进行正交分量的提取，完成密钥的解析；所述本振光为未与信号光SIGNAL干涉的另一部分闲频光。
[0011]进一步地，所述步骤S1中双色纠缠源产生装置的工作过程为：通过主连续可调谐激光器和辅助连续可调谐激光本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于集成微腔光频梳的CVQKD系统，其特征在于，包括：发送端：利用内部的集成微腔产生光频梳，调制出处于纠缠态的用于密钥分发的纠缠光子对；将一部分信号光和闲频光发送给接收端，对另一部分信号光和闲频光进行零差探测，记录裸码值，并分别发送至接收端；与接收端进行经典通信，发送加密过的消息，并对密钥进行处理；干扰端：用于对发送端与接收端之间的通信产生干扰；接收端：利用内部的集成微腔产生光频梳，调制出处于纠缠态的用于密钥检测的纠缠光子对；接收来自发送端的闲频光和信号光，对接收到的闲频光和信号光进行零差探测，记录此时的裸码值；与发送端进行经典通信，解密接收到的消息，对密钥进行后处理。2.根据权利要求1所述的一种基于集成微腔光频梳的CVQKD系统，其特征在于，所述发送端和接收端均包括一种基于集成微腔光频梳的双色纠缠源产生装置；所述双色纠缠源产生装置包括：光频梳生成模块和纠缠源调制模块，其中，所述光频梳生成模块包括：主连续可调谐激光器：工作范围在1480nm~1640nm，用于为系统提供主激光泵浦源，产生单一稳定的频率，作为光频梳的中心频率；辅助连续可调谐激光器：工作范围在1480nm~1640nm，用于对环形微腔进行热效应调节，保证最终形成的光频梳维持稳定；主镱铒共掺功率放大器：用于对主连续可调激光器的功率进行放大，满足环形微腔发生四波混频所需的输入功率；辅助主镱铒共掺功率放大器：用于对辅助连续可调谐激光器的功率进行放大，确保能够达到平衡环形微腔内光频梳的目的；光隔离器：用于确保主镱铒共掺功率放大器的输出光沿着一个方向传播，阻挡来自尾纤端面与环形器的反射光，保护主镱铒共掺功率放大器不受冲击导致损坏；辅助光隔离器：用于确保辅助主镱铒共掺功率放大器的输出光沿着一个方向传播，阻挡来自尾纤端面与环形器的反射光，保护辅助主镱铒共掺功率放大器不受冲击导致损坏；偏振控制器：用于对来自主连续可调谐激光器的光束进行滤波，选取最合适偏振光输入到环形微腔，确保只有单一模式输入到环形微腔，能够高效产生四波混频效应，形成光频梳；辅助偏振控制器：用于对来自辅助主镱铒共掺功率放大器的光束进行滤波，选取最合适偏振光输入到环形微腔，确保只有单一模式输入到环形微腔，确保不产生多余的偏振光，提供纯净的环形微腔热环境；环形微腔：用于接收来自偏振控制器和辅助偏振控制器的偏振光，形成原始光频梳。3.根据权利要求2所述的一种基于集成微腔光频梳的CVQKD系统，其特征在于，所述纠缠源调制模块包括：第一频率整形器：用于从环形微腔输出的原始光频梳中，根据纠缠调制类型挑选出相关性最大的两组光子对，分别为信号光子对和闲频光子对，组成双色的纠缠光子源；相位调制器：用于对纠缠光子源进行相位调制，令两组信号光和闲频光分别进行干涉操作，改变光子态，生成新的频率边带，分布在原始信号光和闲频光的1/2相位差处，形成双色纠缠光子对；第二频率整形器：用于将纠缠光子对拆开，分为独立的信号光和闲频光，信号光用于发
送端调制密钥，闲频光用于接收端解析密钥；分束器：将信号光分为SIGNAL和SIGNAL1两个部分，信号光SIGNAL用于量子密钥的调制时与闲频光干涉产生系统所需的量子态，信号光SIGNAL1直接通过信道发送给接收端，用于接收端对量子密钥的检测。4.根据权利要求1
‑
3任一项所述的一种基于集成微腔光频梳的CVQKD系统，其特征在于，所述发送端还包括：平衡零差探测器：采用零差探测方式对输入的信号光SIGNAL和闲频光之间...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭烨纬，李金阳，朱逸武，朱贵楠，
申请(专利权)人：北京理工大学，
类型：发明
国别省市：