一种基于多孔径合成的量子通信接收装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术提供了一种基于多孔径合成的量子通信接收装置，包括多个小口径接收望远镜组成的阵列；多通道光纤耦合器，用于耦合所述小口径接收望远镜出射的光束；光纤合束部件，用于汇合所述多通道光纤耦合器出射的光束。本实用新型专利技术可以大幅降低量子接收装置的生产成本、周期，并可以较为容易地部署到需要使用该产品的地点；生产工艺大大简化，原材料也容易备货，很容易实现批量化生产。由于结构会更加紧凑，系统的稳定性也将增强。如果部分小口径望远镜故障，也不影响其他镜筒的正常使用。从经济角度上来说，多个小口径望远镜合成系统的成本仅为数十万元，性能上就可以达到千万元级的单个大口径望远镜。

A Quantum Communication Receiver Based on Multi-aperture Synthesis

The utility model provides a quantum communication receiving device based on multi-aperture synthesis, including an array composed of multiple small-aperture receiving telescopes, a multi-channel optical fiber coupler for coupling the beam emitted by the small-aperture receiving telescope, and an optical fiber combining component for combining the beam emitted by the multi-channel optical fiber coupler. The utility model can greatly reduce the production cost and cycle of the quantum receiving device, and can be easily deployed to the place where the product needs to be used; the production process is greatly simplified, the raw materials are easy to stock up, and the batch production is easy to realize. As the structure will be more compact, the stability of the system will also be enhanced. If some small aperture telescopes fail, it will not affect the normal use of other telescopes. From an economic point of view, the cost of multiple small-aperture telescopes synthesis system is only hundreds of thousands of yuan, and the performance of a single large-aperture telescope can reach tens of millions of yuan.

【技术实现步骤摘要】
一种基于多孔径合成的量子通信接收装置
本技术涉及量子通信
，具体涉及一种可用于自由空间量子通信系统以及星地量子通信系统的基于多孔径合成的量子通信接收装置。
技术介绍
近年来，伴随着国家的战略需求，信息安全受到了越来越多的关注。量子通信作为一门新兴的领域，其基本原理保证了信息传输的无条件的安全性，成为各国争先研究的领域。在无量子中继的情况下，光纤量子通信的有效距离只能达到百公里量级。要实现更远距离量子通信，甚至建立全球范围的量子通信网，还需要寻求其它的技术途径。目前比较可行的方案是采用星地组网，通过组建全球的量子星群，实现全球一体化的量子通信。2016年8月16日，“墨子”号量子科学实验卫星升空，预定的科学实验目标任务目前已经顺利完成。未来星地量子密钥分发广域网的筹建将进一步推动量子通信的实用化进程。一般来说，量子通信的信号加载在单个光子上，且不能被任意克隆和放大。所以，在具体的卫星量子通信工程实现中，这一特点就决定了信道衰减是其中最为重要的一个参数，直接影响最终能否安全成码和成码率的多少。在“墨子号”量子科学实验卫星的几个地面接收站点中，科研人员采用1.2～1.8m的大口径望远镜进行量子信号的接收，来完成量子密钥分发和量子纠缠分发等工程任务和物理实验，受星地通信距离、地面站点海拔、空气质量和天气等情况影响，单个下行链路的效率约为30-40dB。本领域周知，口径为1m及以上级定制望远镜，原材料成本巨大且货期较长，生产周期长，工艺、安装和维护较为复杂，体积较大，重量为数吨，占地面积较大，需要专门的大容量圆顶放置，仅望远镜的建设费用就达到了数千万人民币。而小口径的商用望远镜的市场价格仅为万元到数万元人民币不等，可实现规模化生产，原料和货期可控，典型厂商为米德、星特朗和信达等品牌望远镜。这些望远镜也常作为接收装置被用在地面短距离的自由空间量子通信中。如图1所示，给出了常规大口径量子接收用望远镜的形式。在这一形式中，主望远镜光路1为Ritchey-Chretien(里奇-克列基昂，缩写成R-C)系统，包含大口径双曲面主镜1.1、双曲面次镜1.2、第三镜1.3-用以将光束转向到望远镜的侧部，主望远镜部分将入射光束缩束，进入后续光路；转向和分光光路2完成光的转向，并将部分光分到跟踪或激光通信模块5进行跟踪或激光通信等功能复用；二次缩束光路3对缩束后的光再次缩束，以匹配后续较小口径的量子接收终端4。按已报导的星地量子通信系统参数和性能计算，在其他参数不变的情况下，若采用成熟的0.2m等效口径的商业望远镜进行量子信号的接收，链路衰减为45～55dB，这一衰减将可能大大降低成码率或导致不能安全成码。而且，单个的小口径量子接收单元也需要一整套完整的卫星光学闭环跟踪、后续单光子探测器和量子通信后处理模块等高成本装置，这样就使得可能的单个小口径量子通信望远镜的终端的性价比也较低。按照计划，由多颗卫星组网形成的“量子卫星星座”，将有望大幅度提高量子通信的易用性、重访率和成码量。同时，地面的量子通信接收装置有望安装到政府、国防、金融等领域重要部门，实现高效的实际应用。因此，随着技术发展和应用需要，本领域迫切需要提出一种适合规模化生产的量子通信地面接收终端的设计，以降低终端生产成本、维护复杂度和部署难度，满足将来的市场需要。
技术实现思路
(一)要解决的技术问题针对上述问题，本技术提供一种基于多孔径合成的量子通信接收装置，将多个小口径望远镜接收合成，来达到一个较大口径接收望远镜的接收能力，从而降低量子接收终端建设、维护成本，减小终端体积和重量，以适应星地量子通信的产业化。(二)技术方案本技术提供了一种基于多孔径合成的量子通信接收装置，包括：多个小口径接收望远镜组成的阵列；多通道光纤耦合器，用于耦合所述小口径接收望远镜出射的光束；光纤合束部件，用于汇合所述多通道光纤耦合器出射的光束。在本技术的一些实施例中，所述阵列为多个小口径接收望远镜组成的线阵、面阵、或其他形式的阵列。在本技术的一些实施例中，所述多通道光纤耦合器包括：多组光纤，或者多组光纤与光纤准直器，所述多组光纤与所述小口径接收望远镜数量对应，每组所述光纤包括：与所述小口径接收望远镜测量通道数量对应的多条接收光纤，用于耦合所述小口径接收望远镜出射的光束。在本技术的一些实施例中，所述光纤合束部件包括：与所述小口径接收望远镜测量通道数量对应的多个光纤合束器，各组光纤的对应同一测量通道的接收光纤经相同长度的延长光纤汇合至对应的光纤合束器。在本技术的一些实施例中，所述小口径接收望远镜采用小口径的Ritchey-Chretien系统、Schmidt-Cassegrain望远镜、Maksutov-Cassegrain望远镜、透射的伽利略式或牛顿式望远镜。在本技术的一些实施例中，所述接收光纤直接放置在所述小口径望远镜的焦点上。在本技术的一些实施例中，当所述多通道光纤耦合器包括多组光纤与光纤准直器时，所述小口径接收望远镜出射的光束先经透镜元件或透镜组准直，再通过所述光纤准直器耦合到所述接收光纤。在本技术的一些实施例中，还包括：多个探测器，用于探测对应光纤合束器输出的光束；所述探测器是用于测量量子光信号的单光子探测器，或者，是用于进行经典通信的普通光电探测器。在本技术的一些实施例中，还包括：跟踪装置；所述其他形式的阵列为九宫格，所述跟踪装置放置在所述九宫格的中心。在本技术的一些实施例中，所述跟踪装置包含：大视场相机及镜头和信标光上行发射器。(三)有益效果从上述技术方案可以看出，本技术具有以下有益效果：可以大幅降低量子接收装置的生产成本、周期，并可以较为容易地部署到需要使用该产品的地点。光机的生产工艺将大大简化，原材料也容易备货，很容易实现批量化生产。由于结构会更加紧凑，系统的稳定性也将增强。如果部分小口径望远镜故障，也不影响其他镜筒的正常使用。从经济角度上来说，多个小口径望远镜合成系统的望远镜成本仅为数十万元，性能上就可以达到千万元级的单个大口径望远镜。附图说明图1是现有大口径量子接收用望远镜的结构示意图。图2为本技术实施例量子通信接收装置的结构及其光路示意图。图3为本技术实施例多孔径合成光路的光纤合束示意图。图4为本技术实施例小口径接收望远镜阵列的一种空间排布示意图。【符号说明】【现有技术】1-主望远镜光路；1.1-主镜；1.2-次镜；1.3-三镜；2-转向和分光光路；3-二次缩束光路；4-量子接收终端；5-跟踪或激光通信模块。【本技术】6-小口径接收望远镜阵列；7-多通道光纤耦合器；8-光纤合束部件；9-跟踪装置；10-大视场相机及镜头；11-信标光上行发射器。具体实施方式本技术提出一种技术方案，用较小口径的商用级望远镜合成，使等效接收面积达到或接近大口径望远镜。比如，为了保证系统稳定性和同样的光学质量，当单筒形式的望远镜口径增大a倍，系统的体积、重量则至少增加a^3，相应的机械的刚性和电控系统的复杂度也将大幅度增加。粗略考虑，新方案通过b个小口径望远镜进行集成，其总体积和重量较单个小望远镜增加b倍，和常规大口径接收方案对比，接收系统主镜的厚度可以降低、镜筒的长度将大幅度下降，同样刚性的结构和电控系统将本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于多孔径合成的量子通信接收装置，其特征是：包括：多个小口径接收望远镜组成的阵列；多通道光纤耦合器，用于耦合所述小口径接收望远镜出射的光束；光纤合束部件，用于汇合所述多通道光纤耦合器出射的光束。

【技术特征摘要】
1.一种基于多孔径合成的量子通信接收装置，其特征是：包括：多个小口径接收望远镜组成的阵列；多通道光纤耦合器，用于耦合所述小口径接收望远镜出射的光束；光纤合束部件，用于汇合所述多通道光纤耦合器出射的光束。2.根据权利要求1所述的量子通信接收装置，其特征是：所述阵列为多个小口径接收望远镜组成的线阵、面阵、或九宫格。3.根据权利要求1所述的量子通信接收装置，其特征是：所述多通道光纤耦合器包括：多组光纤，或者多组光纤与光纤准直器，所述多组光纤与所述小口径接收望远镜数量对应，每组所述光纤包括：与所述小口径接收望远镜测量通道数量对应的多条接收光纤，用于耦合所述小口径接收望远镜出射的光束。4.根据权利要求3所述的量子通信接收装置，其特征是：所述光纤合束部件包括：与所述小口径接收望远镜测量通道数量对应的多个光纤合束器，各组光纤的对应同一测量通道的接收光纤经相同长度的延长光纤汇合至对应的光纤合束器。5.根据权利要求2所述的量子通信接收装置，其特征是：所述小口径接收望远镜采用小...

【专利技术属性】
技术研发人员：任继刚，印娟，廖胜凯，雍海林，李雪姣，李宇怀，彭承志，潘建伟，
申请(专利权)人：中国科学技术大学，
类型：新型
国别省市：安徽,34