实时补偿相位差分干涉装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术公开了一种实时补偿相位差分干涉装置，包括用于并行传输相干光脉冲信号的两路光纤和两个分别接在两路光纤中的压电陶瓷光纤相位调制器，两路光纤的前后端部间分别通过一光纤耦合器连接；压电陶瓷光纤相位调制器包括压电陶瓷环和两个分别焊接在压电陶瓷环内外电极面上的电极，两路光纤分别缠绕在两个压电陶瓷环上，其中一压电陶瓷光纤相位调制器由受控电压源控制；两路光纤的光纤长度差为Δｌ且ｎ.Δｌ＝ｃ.Δｔ，式中ｎ为光纤纤芯的折射率，ｃ为光在真空中的传播速度，Δｔ为连续两个脉冲的时间间隔。本实用新型专利技术结构简单、易于制作、操作简便且插入损耗低、干涉稳定性好，能有效解决现有相位差分干涉仪所存在的插入损耗高和干涉不稳定等实际问题。（*该技术在2019年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术属于量子密钥分配
，尤其是涉及一种量子密钥分配系统中的实时补偿相位差分干涉装置。
技术介绍
由于相位差分量子密钥分配方案具有结构简单、密钥传输距离长、生成速率高、易 于利用现有技术实现等优点，因而得到了广泛的实验研究，并取得了极大地进展。相位差分 量子密钥分配方案尚存在的主要问题之一是其干涉装置的干涉稳定度问题。由于传统的非 等臂Mach-Zehnde r (马赫-曾德尔，简称M_Z)相位差分干涉仪存在较严重的干涉不稳定 性，不稳定性来源主要是外界环境温度变化及其两臂的光纤随机双折射效应。干涉不稳定 会直接导致量子密钥的误码率增加，误码率的增加不仅降低了量子密钥分发的速率，而且 还容易导致安全隐患。 现有的两种方案能够克服传统干涉仪的干涉不稳定问题，但是在克服干涉不稳定 问题的同时，还分别存在一些缺点，以下进行详细说明 第一种方案日本NTT公司利用集成平面波导技术，制作出了稳定性较好的集成 非等臂M-Z相位差分干涉仪，而且利用该干涉仪完成了 100km以上的光纤量子密钥分配。这 种干涉仪在精密的温度控制下，干涉稳定度较好。但是，尚存在的缺点是第1、这种集成干 涉仪制作工艺较复杂、价格昂贵；第2、插入损耗较大，而且损耗与偏振相关；第3、在量子密 钥分配过程中需要精密的温度控制来消除相位漂移。 第二种方案基于Faraday-Michel son (法拉第_迈克尔逊，简称F-M)的相位差分 干涉仪。这种干涉仪能够有效地克服偏振相关带来的干涉不稳定问题，具有干涉对比度高 和稳定性好等特点。但是存在的缺点是第1、F-M相位差分干涉仪无法自动消除温度变化 引起的干涉稳定度，因此温度变化也会引起相位的漂移，在使用过程中需要进行温度控制； 第2、由于该干涉仪使用了两个Faraday旋转镜，插入损耗较大；第3、该干涉仪必须与光纤 环形器配合使用，这不但会引入一定的插入损耗，而且发生干涉的光子从两个输出端口出 射时，所经历的损耗也不相同，这不仅降低了密钥生成效率，还带来了一定的安全隐患。
技术实现思路
本技术所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种实时 补偿相位差分干涉装置，其结构简单、易于制作、使用操作简便且插入损耗低、干涉稳定性 好，能有效解决现有相位差分干涉仪所存在的插入损耗高和干涉不稳定等实际问题。 为解决上述技术问题，本技术采用的技术方案是一种实时补偿相位差分干 涉装置，其特征在于包括用于并行传输相干光脉冲信号的两路光纤和两个分别接在所述 两路光纤中的压电陶瓷光纤相位调制器，所述两路光纤的前后端部间分别通过一个光纤耦 合器进行连接；所述压电陶瓷光纤相位调制器包括压电陶瓷环和两个分别焊接在所述压电 陶瓷环内外电极面上的电极，所述两路光纤分别缠绕在两个压电陶瓷光纤相位调制器的压电陶瓷环上，其中一个压电陶瓷光纤相位调制器由受控电压源进行控制且其上所焊接的两 个电极分别与受控电压源相接；所述两路光纤的光纤长度差为Al且n，Al二c，At，式 中n为所述两路光纤中所采用光纤纤芯的折射率，c为光在真空中的传播速度，A t为所述 相干光脉冲信号中连续两个脉冲的时间间隔；其中，接在所述两路光纤后端部间的光纤耦 合器为2X2光纤耦合器二，2X2光纤耦合器二的两个输入端分别与所述两路光纤的后端 部相接；接在所述两路光纤前端部间的光纤耦合器为2X2光纤耦合器一或1X2光纤耦合 器，2X2光纤耦合器一或1X2光纤耦合器的两个输出端分别与所述两路光纤的前端部相 接，2X2光纤耦合器一的一个输入端悬空且另一个输入端通过光纤与相干光脉冲产生及发 射装置的信号输出端相接，所述1 X 2光纤耦合器的输入端通过光纤与相干光脉冲产生及 发射装置的信号输出端相接。 所述压电陶瓷环为圆柱形。 所述两路光纤分别为光纤一和光纤二，光纤二的光纤长度大于光纤一的光纤长 度，且接在光纤一和光纤二中的压电陶瓷光纤相位调制器分别为压电陶瓷光纤相位调制器 一和压电陶瓷光纤相位调制器二，压电陶瓷光纤相位调制器一上所焊接的两个电极分别与 受控电压源相接。 所述两路光纤分别缠绕且通过环氧树脂胶固定在两个压电陶瓷光纤相位调制器 的压电陶瓷环上。 本技术与现有技术相比具有以下优点 1、设计新颖、合理，连接布设方便且成本低，同时具有稳定性高、结构简单、易于制 作、使用操作简便、插入损耗低等优点。 2、干涉稳定性好，实时相位补偿能够自动消除温度变化及偏振引起的相位漂移。 3、插入损耗低。 4、使用效果好，无需进行温度控制，引入压电陶瓷光纤相位调制器后对传统的 Mach-Zehnder型相位差分干涉仪的结构进行了实质性地改进，能够实时进行扫描和相位补 偿，并且相应提出了实现稳定量子密钥分发的方法。同时，上述压电陶瓷光纤相位调制器的 相位调制过程与偏振无关。经实验证明温度变化及光纤双折射引起相位漂移速度相对比 较缓慢，一般在3分钟左右相位漂移不超过15° ，由此引起的误码率与漂移相位的关系为 2^^^ ="!12"^/2)。因此，15°相位漂移带来的误码不超过2%。若利用本技术进行一次相位补偿的时间只需要数秒钟就能够完成。综上，利用压电陶瓷光纤相位调制器进行实时补偿，完全可以克服温度和偏振弓I起的干涉不稳定问题。 5、适用面广，尤其能有效适用至相位差分调制的量子密钥分配系统。 综上所述，本技术结构简单、易于制作、使用操作简便且插入损耗低、干涉稳定性好，利用压电陶瓷光纤相位调制器进行实时补偿后能完全可以克服温度和偏振引起的干涉不稳定问题，最终有效解决了现有相位差分干涉仪所存在的插入损耗高和干涉不稳定等实际问题。 下面通过附图和实施例，对本技术的技术方案做进一步的详细描述。附图说明图1为本技术的工作原理图。图2为本技术适用于』l子密钥分配系统的工作原理图。附图标记说明l-l-2X2光纤耦合器一 ；1-2-2X2光纤耦合2-1-压电陶瓷光纤相器二 ；位调制器一；2-2-压电陶瓷光纤相位3-l-光纤一；3-2-光纤二 ；调制器二 ；4-受控电压源；5-1-相干光源；5-2-强度调制器；5-3-相位调制器；5-4-衰减器；6-1-单光子探测器一6-2-单光子探测器。具体实施方式如图1所示，本技术包括用于并行传输相干光脉冲信号的两路光纤和两个分 别接在所述两路光纤中的压电陶瓷光纤相位调制器，所述两路光纤的前后端部间分别通过 一个光纤耦合器进行连接。所述压电陶瓷光纤相位调制器包括压电陶瓷环和两个分别焊 接在所述压电陶瓷环内外电极面上的电极，所述两路光纤分别缠绕在两个压电陶瓷光纤相 位调制器的压电陶瓷环上，其中一个压电陶瓷光纤相位调制器由受控电压源4进行控制且 其上所焊接的两个电极分别与受控电压源4相接。所述两路光纤的光纤长度差为Al且 n* Al = c* At，式中n为所述两路光纤中所采用光纤纤芯的折射率，c为光在真空中的 传播速度，At为所述相干光脉冲信号中连续两个脉冲的时间间隔。其中，接在所述两路光 纤后端部间的光纤耦合器为2X2光纤耦合器二 l-2，2X2光纤耦合器二 1-2的两个输入端 分别与所述两路光纤的后端部相接；接在所述两路光纤前端部间的光纤耦合器为2X2光 纤耦合器一 1-1或1X2光纤耦合器，2本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种实时补偿相位差分干涉装置，其特征在于：包括用于并行传输相干光脉冲信号的两路光纤和两个分别接在所述两路光纤中的压电陶瓷光纤相位调制器，所述两路光纤的前后端部间分别通过一个光纤耦合器进行连接；所述压电陶瓷光纤相位调制器包括压电陶瓷环和两个分别焊接在所述压电陶瓷环内外电极面上的电极，所述两路光纤分别缠绕在两个压电陶瓷光纤相位调制器的压电陶瓷环上，其中一个压电陶瓷光纤相位调制器由受控电压源（４）进行控制且其上所焊接的两个电极分别与受控电压源（４）相接；所述两路光纤的光纤长度差为Δｌ且ｎ.Δｌ＝ｃ.Δｔ，式中ｎ为所述两路光纤中所采用光纤纤芯的折射率，ｃ为光在真空中的传播速度，Δｔ为所述相干光脉冲信号中连续两个脉冲的时间间隔；其中，接在所述两路光纤后端部间的光纤耦合器为２×２光纤耦合器二（１－２），２×２光纤耦合器二（１－２）的两个输入端分别与所述两路光纤的后端部相接；接在所述两路光纤前端部间的光纤耦合器为２×２光纤耦合器一（１－１）或１×２光纤耦合器，２×２光纤耦合器一（１－１）或１×２光纤耦合器的两个输出端分别与所述两路光纤的前端部相接，２×２光纤耦合器一（１－１）的一个输入端悬空且另一个输入端通过光纤与相干光脉冲产生及发射装置的信号输出端相接，所述１×２光纤耦合器的输入端通过光纤与相干光脉冲产生及发射装置的信号输出端相接。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：赵峰，
申请(专利权)人：陕西理工学院，
类型：实用新型
国别省市：61[中国|陕西]