一种适用于超高速量子保密通信系统的雪崩光电二极管探测阵列，用于接收外界的信号光并探测信息，其特征在于包括：第一环行器，具有输入光通路和两个输出光通路，用于接收外界输入的信号光后分两路输出且控制该信号光的输出方向；第一萨格奈克干涉(Sagnac)环；以及两个分光探测单元，该分光探测单元包括萨格奈克干涉(Sagnac)环和单光子探测组件，其中，萨格奈克干涉(Sagnac)环由偏振分束器、相位调制器以及法拉第旋转器顺时针通过光路连接构成，偏振分束器同环行器的一个输出光通路连接，单光子探测组件由探测偏振分束器、两个和该探测偏振分束器光路连接的单光子探测器组成，避免了单光子探测阵列总体探测效率的降低，保证了量子保密通信系统在提高工作速率的同时提高成码率。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种量子保密通信系统的探测阵列，属于光学通信领域。
技术介绍
单光子探测技术是当前国际上的一项研究热点，并且与量子光学呈现了相互促进的发展趋势。在单光子探测新原理方面，尤其是1550nm波段单光子探测技术方面发展迅速，出现了超导探测器等新型的探测方法。例如，超导状态转变探测器和超导带状探测器都是基于超导热电效应，前者有很高的光子数分辨能力，其最大可分辨光子数超过11，但是计数率只有20kHz；后者的探测速率达到1GHz，但由于耦合等问题，其探测效率非常低；另外还有量子点场效应管和量子点共振隧道二极管等新型的近红外单光子探测方法。以上四种探测方法都需要液氦制冷，集成度较低且成本极其昂贵，不利于量子保密通信系统的实用化。另一方面，基于传统单光子探测器件的制造工艺、技术和驱动技术也在不断发展，仍旧占据着实用单光子探测器的绝对主力地位。InGaAs/InP APD(Avalanche Photo Diode，APD，雪崩光电二极管)在1310～1550nm波段的探测效率达到10～30％，但是，因为InGaAs/InPAPD的半导体工艺技术问题，其暗计数与后脉冲相对较大。常规的方法是令InGaAs/InPAPD的直流偏置电压略低于雪崩点，另外加载超窄电脉冲，使得在电脉冲内的偏置电压超过雪崩点，进入“盖格模式”，这种技术方法称为“门模式”，可以有效降低暗计数与后脉冲。在量子密钥分配(QKD)系统、深空探测及通信中，InGaAs/InPAPD已被广泛使用。实现基于InGaAs/InPAPD的高速高效单光子探测，是提升这些系统性能的重要手段。2006年日本大学N.Namekata等提出的正弦滤波方案，2007年东芝欧洲有限公司Z.L.Yuan(袁之良)等提出的自平衡方案，及之后不同单位提出的将二种方案相结合的方案等，均使得InGaAs/InP SPAD(SPAD，单光子探测器)可以在工作重复频率超过1GHz时正常使用。然而，InGaAs/InPAPD单光子探测器通常被设计用来实现2.5Gbps传统光纤通信，考虑到APD的频率响应特性及最终探测器信噪比的限制，此类单光子探测器工作重复频率最高约为2.5GHz，极大地限制了量子保密通信成码率的进一步提高。随着，量子保密通信速率的进一步提高，目前的APD已逐渐不能满足需求。此外，单个APD探测器的光子数分辨性能也远没有达到应用的需求。基于时分复用等复用方案可通过APD阵列提高系统工作速率，然后单光子分束过程中的不确定性会导致系统探测效率的降低，从而使得通信系统的成码率并没有提高。
技术实现思路
本专利技术为解决上述问题，提供了适用于超高速量子保密通信系统的雪崩光电二极管探测阵列。一种适用于超高速量子保密通信系统的雪崩光电二极管探测阵列，用于接收外界的信号光并探测信息，其特征在于包括：第一环行器，第一环行器，具有输入光通路和两个输出光通路，用于接收外界输入的信号光后分两路输出且控制该信号光的输出方向；第一萨格奈克干涉(Sagnac)环，由第一偏振分束器、第一相位调制器以及第一法拉第旋转器顺时针通过光路连接构成，第一偏振分束器和第一环行器的一个输出光通路通过光路连接；以及两个分光探测单元，该分光探测单元包括具有三个光通路的环行器、分别与该环行器中两个光通路连接的萨格奈克干涉(Sagnac)环和单光子探测组件，其中，萨格奈克干涉(Sagnac)环由偏振分束器、相位调制器以及法拉第旋转器顺时针通过光路连接构成，偏振分束器同环行器的一个输出光通路连接；单光子探测组件由探测偏振分束器、两个和该探测偏振分束器光路连接的单光子探测器组成，该单光子探测器用于探测探测偏振分束器输出的光信号，分光探测单元通过分光器件同第一环行器的另一个输出光通路连通。本专利技术提供的适用于超高速量子保密通信系统的雪崩光电二极管探测阵列，还可以具有这样的特征：其中，分光器件为偏振分束器。本专利技术提供的适用于超高速量子保密通信系统的雪崩光电二极管探测阵列，还可以具有这样的特征：其中，分光器件与环行器之间是45°熔接在一起的。本专利技术提供的适用于超高速量子保密通信系统的雪崩光电二极管探测阵列，还可以具有这样的特征：其中，单光子探测器包括雪崩光电二极管。本专利技术提供的适用于超高速量子保密通信系统的雪崩光电二极管探测阵列，还可以具有这样的特征：其中，雪崩光电二极管为InGaAs雪崩光电二极管。本专利技术提供的适用于超高速量子保密通信系统的雪崩光电二极管探测阵列，还可以具有这样的特征：其中，第一环行器的输入光路与外界的信号光是45°熔接在一起的。专利技术作用与效果本专利技术所提供的适用于超高速量子保密通信系统的雪崩光电二极管探测阵列，由于通过多通道复用的方案实现了基于雪崩光电二极管(APD)的高速单光子探测阵列，可满足10GHz及以上量子保密通信系统的需求。与传统的复用方案不同，该系统通过萨格奈克干涉(Sagnac)环实现单光子信号的分束，避免了单光子探测阵列总体探测效率的降低，保证了量子保密通信系统在提高工作速率的同时提高成码率。附图说明图1为本专利技术实施例1的适用于超高速量子保密通信系统的雪崩光电二极管探测阵列的结构示意图；图2为本专利技术的实施例1中的光信号示意图。具体实施方式为了使本专利技术实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，以下实施例结合附图对本专利技术的适用于超高速量子保密通信系统的雪崩光电二极管探测阵列的结构和工作原理作具体阐述。实施例1图1为本实施例的适用于超高速量子保密通信系统的雪崩光电二极管探测阵列的结构示意图。如图1所示，适用于超高速量子保密通信系统的雪崩光电二极管探测阵列100，具有第一环行器10、第一萨格奈克干涉(Sagnac)环20以及分光探测单元30。其中，第一环行器10具有输入光通路11和两个输出光通路12a、12b，输入光路11与外界的信号光是45°熔接在一起的。第一萨格奈克干涉(Sagnac)环20，由第一偏振分束器21、第一相位调制器22以及第一法拉第旋转器23顺时针通过光路(如光纤)连接构成。第一偏振分束器21具有三个光路，公共端和第一环行器10的一个输出光通路12a通过光纤连接，输出端同第一相位调制器22以及第一法拉第旋转器23通过光纤连通。两个分光探测单元30a和30b，通过分光器件同第一环行器10的另一个输出光通路12b连通。本实施例中分光器件为偏振分束器，命名为第二偏振分束器30c。分光探测单元30a和30b结构相同。这里以分光探测单元30a为例，它包括具有三个光通路的第二环行器31、分别与该环行器31中两个光通路连接的萨格奈克干涉(Sagnac)环32和单光子探测组件33。第二环行器31a，结构同第一环行器10相同，也具有三个光通路，连接关系如图1所示，第二环行器31a的输入光路与第二偏振分束器30c的一个输出光路通过45°熔接在一起，另外两个输出光路分别同萨格奈克干涉(Sagnac)环32和单光子探测组件33连通。萨格奈克干涉(Sagnac)环32和第一萨格奈克干涉(Sagnac)环20结构相同，也是由偏振分束器、相位调制器以及法拉第旋转器顺时针通过光路连接构成，偏振分束器同环行器的一个输出光通路连接，如图所示，分别将偏振分束器、相位调制器以及法拉第旋转器命本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种适用于超高速量子保密通信系统的雪崩光电二极管探测阵列，用于接收外界的信号光并探测信息，其特征在于包括：第一环行器，具有输入光通路和两个输出光通路，用于接收外界输入的所述信号光后分两路输出且控制该信号光的输出方向；第一萨格奈克干涉(Sagnac)环，由第一偏振分束器、第一相位调制器以及第一法拉第旋转器顺时针通过光路连接构成，所述第一偏振分束器和所述第一环行器的一个所述输出光通路通过光路连接；以及两个分光探测单元，该分光探测单元包括具有三个光通路的环行器、分别与该环行器中两个光通路连接的萨格奈克干涉(Sagnac)环和单光子探测组件，其中，萨格奈克干涉(Sagnac)环由偏振分束器、相位调制器以及法拉第旋转器顺时针通过光路连接构成，偏振分束器同环行器的一个输出光通路连接，单光子探测组件，由探测偏振分束器、两个和该探测偏振分束器光路连接的单光子探测器组成，该单光子探测器用于探测所述探测偏振分束器输出的光信号，分光探测单元通过分光器件同第一环行器的另一个输出光通路连通。
【技术特征摘要】
1.一种适用于超高速量子保密通信系统的雪崩光电二极管探测阵列，用于接收外界的信号光并探测信息，其特征在于包括：第一环行器，具有输入光通路和两个输出光通路，用于接收外界输入的所述信号光后分两路输出且控制该信号光的输出方向；第一萨格奈克干涉(Sagnac)环，由第一偏振分束器、第一相位调制器以及第一法拉第旋转器顺时针通过光路连接构成，所述第一偏振分束器和所述第一环行器的一个所述输出光通路通过光路连接；以及两个分光探测单元，该分光探测单元包括具有三个光通路的环行器、分别与该环行器中两个光通路连接的萨格奈克干涉(Sagnac)环和单光子探测组件，其中，萨格奈克干涉(Sagnac)环由偏振分束器、相位调制器以及法拉第旋转器顺时针通过光路连接构成，偏振分束器同环行器的一个输出光通路连接，单光子探测组件，由探测偏振分束器、两个和该探测偏振分束器光路连接的单光子探测器组成，该单光子探测器用于探测所述...
【专利技术属性】
技术研发人员：梁焰，曾和平，
申请(专利权)人：上海理工大学，
类型：发明
国别省市：上海;31
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