硅基单片集成量子密钥分发发送方芯片结构及其封装结构制造技术

本实用新型专利技术公开了一种硅基单片集成量子密钥分发发送方芯片结构及其封装结构，芯片结构包括第一强度调制器、第二强度调制器、至少一个可调光衰减器、偏振调制器，第一强度调制器、第二强度调制器、至少一个可调光衰减器、偏振调制器首尾相连，信号光从第一强度调制器进入，偏振调制器的输出端作为芯片结构的输出端，所述第一强度调制器和第二强度调制器结构相同，包括第一光分束器、两路第一硅基移相器以及光合束器，第一光分束器通过两路第一硅基移相器分别连接到光合束器。本实用新型专利技术相比现有技术具有以下优点：本实用新型专利技术具有与CMOS工艺兼容、成本低、系统结构简单、集成度高、测试简单、易于封装等优点。

Silicon based monolithic integrated quantum key distribution transmitter chip structure and packaging structure

The utility model discloses a silicon based monolithic integrated quantum key distribution transmitter chip structure and its encapsulation structure. The chip structure includes a first intensity modulator, a second intensity modulator, at least one adjustable optical attenuator, a polarization modulator, a first intensity modulator, a second intensity modulator, at least one adjustable light failure. The subtracter and polarization modulator are connected first and end, the signal light is entered from the first intensity modulator, the output end of the polarization modulator is the output end of the chip structure. The first intensity modulator and the second intensity modulator have the same structure, including the first optical beam splitter, the first silicon base shift phase shifter and the beam splitter, the first optical beam splitter. The device is connected to the beam splitter by two first silicon phase shifters respectively. Compared with the existing technology, the utility model has the following advantages: the utility model has the advantages of compatible with the CMOS process, low cost, simple system structure, high integration, simple test and easy encapsulation.

【技术实现步骤摘要】
硅基单片集成量子密钥分发发送方芯片结构及其封装结构
本技术涉及量子密钥分发领域，更具体涉及一种硅基单片集成量子密钥分发发送方芯片结构。
技术介绍
目前实验室以及商用的量子密钥分发发送方均为分立器件搭建而成：如采用强度调制器、偏振分束器、相位调制器、可调光衰减器等等。如图1所示，为现有典型的量子密钥分发发送方光路，该量子密钥分发发送方光路包括强度调制器IM、偏振分束器PBS1、相位调制器PM、可调光衰减器VOA，强度调制器IM、偏振分束器PBS1、可调光衰减器VOA依序相连，相位调制器PM连接在两个偏振分束器PBS1之间。偏振分束器PBS1与相位调制器PM共同构成偏振态制备模块，并将可调光衰减器放在偏振态制备模块的后面，以防止木马攻击，提高安全性。现有的各个分立器件之间通常通过多个法兰连接，另外由于环境的变化如温度等也会造成各器件插损以及光纤链路光程发生变化，各个分立器件之间通过光纤和法兰连接，无法实现单片集成，且成本高昂的多，此外高功耗也是一个亟待解决的问题。
技术实现思路
本技术所要解决的技术问题在于提供了一种能够实现高度集成、体积小的硅基单片集成量子密钥分发发送方芯片结构。本技术是通过以下技术方案解决上述技术问题的：一种硅基单片集成量子密钥分发发送方芯片结构，包括第一强度调制器、第二强度调制器、偏振调制器、至少一个可调光衰减器，第一强度调制器、第二强度调制器、偏振调制器、至少一个可调光衰减器首尾相连，信号光从第一强度调制器进入，可调光衰减器的输出端作为芯片结构的输出端，所述第一强度调制器和第二强度调制器为马赫增德尔干涉仪结构，包括第一光分束器、两路第一硅基移相器以及光合束器，第一光分束器通过两路第一硅基移相器分别连接到光合束器。作为优选的技术方案，所述第一强度调制器、第二强度调制器、偏振调制器、可调光衰减器之间通过平面光波导建立光连接通道。作为优选的技术方案，所述偏振调制器包括第二光分束器、一路第二硅基移相器、偏振旋转合束器；所述第二光分束器一路通过第二硅基移相器连接到偏振旋转合束器，另一路直接连接到偏振旋转合束器。所述第二光分束器、第二硅基移相器、偏振旋转合束器之间的光路通过平面光波导形成光连接通道。作为优选的技术方案，硅基移相器为使用槽线GS结构电极的单驱动移相器或使用共面波导GSG结构电极的双驱动移相器，所述可调光衰减器为电吸收型可调光衰减器。作为优选的技术方案，光分束器为多模干涉仪的光分束器或Y分支的光分束器；光合束器为多模干涉仪的光合束器或Y分支的光合束器。本技术还公开了一种如上任一项方案所述的硅基单片集成量子密钥分发发送方芯片结构的封装结构，封装结构外围具有Y个引脚，其中引脚1和引脚2分别为硅基单片集成量子密钥分发发送方芯片结构的光输入端口及光输出端口，即引脚1连接内部的第一强度调制器，引脚2连接内部的可调光衰减器的输出端口，其他引脚3-Y为内部光学芯片电极引出的pin脚。其中，作为光输入端口及光输出端口的引脚1和引脚2位于封装结构的相对两侧。或者，作为光输入端口及光输出端口的引脚1和引脚2位于封装结构的同一侧。或者，作为光输入端口及光输出端口的引脚1和引脚2位于封装结构的相邻两侧。本技术相比现有技术具有以下优点：本技术具有与CMOS工艺兼容、成本低、系统结构简单、集成度高、测试简单、易于封装等优点。附图说明图1为现有典型的量子密钥分发发送方光路图；图2为本技术实施例的硅基单片集成量子密钥分发发送方芯片结构图；图3为本技术实施例的强度调制器的结构原理图；图4为本技术实施例的偏振调制器的结构原理图；图5至图7为本技术实施例的硅基单片集成量子密钥分发发送方芯片的三种封装形式的结构图。具体实施方式下面对本技术的实施例作详细说明，本实施例在以本技术技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本技术的保护范围不限于下述的实施例。如图2所示，一种硅基单片集成量子密钥分发发送方芯片结构，包括第一强度调制器、第二强度调制器、偏振调制器、至少一个可调光衰减器，第一强度调制器、第二强度调制器、偏振调制器、至少一个可调光衰减器首尾相连，信号光从第一强度调制器进入，可调光衰减器的输出端作为芯片结构的输出端。信号光由所述第一强度调制器处理后，得到第一脉冲序列；再经过第二强度调制器处理后得到脉冲幅值不一、周期不等的第二脉冲序列；再经过偏振调制器调制为量子密钥分发协议中所需的不同偏振态；最后不同偏振态的光经过可调光衰减器将光强衰减至单光子级别输出。所述第一强度调制器、第二强度调制器、偏振调制器、可调光衰减器之间通过平面光波导建立光连接通道；所述平面光波导与传输的光信号的模式对应。同时参阅图3所示，所述第一强度调制器和第二强度调制器为马赫增德尔干涉仪(MZI)结构，用于实现将电信号加载到光信号的功能，其包括光分束器1、两路硅基移相器以及光合束器2，光分束器1通过两路硅基移相器分别连接到光合束器2，进入强度调制器的光经所述光分束器1分为功率相等的两束光，并且分别进入一路所述硅基移相器，所述硅基移相器用于实现光信号的移相，所述硅基移相器输出光经所述光合束器2进行合束后输出。优选地，所述硅基移相器为使用槽线GS结构电极的单驱动移相器或使用共面波导GSG结构电极的双驱动移相器。优选地，所述光分束器1为多模干涉仪的光分束器或Y分支的光分束器；所述光合束器2为多模干涉仪的光合束器或Y分支的光合束器。优选地，所述可调光衰减器为电吸收型可调光衰减器。优选地，同时参阅图4所示，所述偏振调制器包括光分束器10、一路硅基移相器30、偏振旋转合束器20；所述光分束器10一路通过硅基移相器30连接到偏振旋转合束器20，另一路直接连接到偏振旋转合束器20。所述光分束器10、硅基移相器30、偏振旋转合束器20之间的光路通过平面光波导形成光连接通道。优选地，所述硅基移相器30为使用槽线GS结构电极的单驱动移相器或使用共面波导GSG结构电极的双驱动移相器。优选地，所述光分束器10为多模干涉仪的光分束器或Y分支的光分束器。请参阅图5至图7所示，为所述硅基单片集成量子密钥分发发送方芯片结构的封装结构，其有三种封装：1、如图5所示，封装结构外围具有Y个引脚，其中引脚1和引脚2分别为硅基单片集成量子密钥分发发送方芯片结构的光输入端口及光输出端口，即引脚1连接内部的第一强度调制器，引脚2连接内部的可调光衰减器的输出端口，其他引脚3-Y为内部光学芯片电极pad引出的pin脚，图中各引脚代号之间的关系是：Y≥X≥N≥M≥3。该封装结构中，作为光输入端口及光输出端口的引脚1和引脚2位于封装结构的相对两侧。2、如图6所示，封装结构外围具有Y个引脚，其中引脚1和引脚2分别为硅基单片集成量子密钥分发发送方芯片结构的光输入端口及光输出端口，即引脚1连接内部的第一强度调制器，引脚2连接内部的可调光衰减器的输出端口，其他引脚3-Y为内部光学芯片电极pad引出的pin脚，图中各引脚代号之间的关系是：Y≥X≥N≥M≥3。该封装结构中，作为光输入端口及光输出端口的引脚1和引脚2位于封装结构的同一侧。3、如图7所示，封装结构外围具有Y个引脚，其中引脚1和引脚2分别为硅基单片集成量子密钥分发发送方芯片本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种硅基单片集成量子密钥分发发送方芯片结构，其特征在于，包括第一强度调制器、第二强度调制器、偏振调制器、至少一个可调光衰减器，第一强度调制器、第二强度调制器、偏振调制器、至少一个可调光衰减器首尾相连，信号光从第一强度调制器进入，可调光衰减器的输出端作为芯片结构的输出端，所述第一强度调制器和第二强度调制器为马赫增德尔干涉仪结构，包括第一光分束器、两路第一硅基移相器以及光合束器，第一光分束器通过两路第一硅基移相器分别连接到光合束器。

【技术特征摘要】
1.一种硅基单片集成量子密钥分发发送方芯片结构，其特征在于，包括第一强度调制器、第二强度调制器、偏振调制器、至少一个可调光衰减器，第一强度调制器、第二强度调制器、偏振调制器、至少一个可调光衰减器首尾相连，信号光从第一强度调制器进入，可调光衰减器的输出端作为芯片结构的输出端，所述第一强度调制器和第二强度调制器为马赫增德尔干涉仪结构，包括第一光分束器、两路第一硅基移相器以及光合束器，第一光分束器通过两路第一硅基移相器分别连接到光合束器。2.根据权利要求1所述的硅基单片集成量子密钥分发发送方芯片结构，其特征在于，所述第一强度调制器、第二强度调制器、偏振调制器、可调光衰减器之间通过平面光波导建立光连接通道。3.根据权利要求1所述的硅基单片集成量子密钥分发发送方芯片结构，其特征在于，所述偏振调制器包括第二光分束器、一路第二硅基移相器、偏振旋转合束器；所述第二光分束器一路通过第二硅基移相器连接到偏振旋转合束器，另一路直接连接到偏振旋转合束器。4.根据权利要求3所述的硅基单片集成量子密钥分发发送方芯片结构，其特征在于，所述第二光分束器、第二硅基移相器、偏振旋转合束器之间的光路通过平面光波导形成光连接通道。5.根据权利要求3所述的硅基单片集成量子密钥分发发送方芯片结构，其特征在于，所述第一硅基移相器、第二硅基移相器为...

【专利技术属性】
技术研发人员：龚攀，刘建宏，
申请(专利权)人：科大国盾量子技术股份有限公司，
类型：新型
国别省市：安徽,34