一种片上外注入激光器结构和量子密钥分发系统发射端技术方案

本实用新型专利技术公开了一种片上外注入激光器结构和量子密钥分发系统发射端，片上外注入激光器结构包括集成光芯片，所述集成光芯片上集成有半导体光放大器一、半导体光放大器二、分布式布拉格反射镜一、分布式布拉格反射镜二和反射输出装置，所述半导体光放大器一和分布式布拉格反射镜一通过光波导线连接，半导体光放大器二和分布式布拉格反射镜二通过光波导线连接，所述半导体光放大器一和半导体光放大器二均与反射输出装置通过光波导线连接。本实用新型专利技术基于外注入锁定原理，相较于用于QKD系统中的典型激光光源，产生的光脉冲有时域抖动低，频域线宽窄等优点，降低了系统误码率。

An on-chip external injection laser structure and the transmitter of quantum key distribution system

The utility model discloses an on-chip external injection laser structure and a transmitting end of a quantum key distribution system. The on-chip external injection laser structure includes an integrated optical chip, which is integrated with a semiconductor optical amplifier I, a semiconductor optical amplifier II, a distributed Bragg reflector I, a distributed Bragg reflector II and a reflection output device, and the semiconductor optical amplifier The amplifier 1 and the distributed Bragg reflector 1 are connected through the light wave wire, the semiconductor optical amplifier 2 and the distributed Bragg reflector 2 are connected through the light wave wire, and the semiconductor optical amplifier 1 and the semiconductor optical amplifier 2 are connected with the reflection output device through the light wave wire. Based on the principle of external injection locking, compared with the typical laser light source used in QKD system, the utility model has the advantages of low jitter in time domain, narrow linewidth in frequency domain, etc., and reduces the system bit error rate.

【技术实现步骤摘要】
一种片上外注入激光器结构和量子密钥分发系统发射端
本技术属于量子密码分发技术(QuantumKeyDistributionQKD)领域，特别涉及一种片上外注入激光器结构和量子密钥分发系统发射端。
技术介绍
量子密码通信结合了量子物理原理和现代通信技术。量子密码通信藉由物理原理保障异地密钥协商过程和结果的安全性，与“一次一密”加密技术结合，可以实现不依赖算法复杂度的保密通信。目前，量子密码技术主要以光量子作为实现载体，通过自由空间或光纤信道进行分发。量子密钥分发设备依据不同的量子密钥分发协议的要求，利用各种光调制设备将经典随机比特加载到光量子的偏振、相位等物理量之上来进行传输，从而实现量子密钥的分发。量子密钥分发协议种类繁多，其中包括经典的BB84协议，MDI协议(测量设备无关协议)，DPS协议(差分相移协议)等等。典型QKD系统一般包含一个发射端和一个接收端，发射端用于将密钥编码在光量子上，而接收端用于光量子的解码以及测量。由于QKD系统的密钥生产效率直接与系统误码率相关，所以这种系统对系统误码非常敏感，这使得在该系统中对发射端脉冲光源的要求非常高，其中包括低时域抖动，较窄光谱线宽等。其次对于各种相位编码QKD系统来说，由于在这些系统中，密钥信息加载在前后光脉冲的相位差上，所以典型发射端需要包含一个相位调制装置来对光脉冲进行调制。2016年东芝剑桥研究院提出了将激光器外注入的方法用于量子密钥分发系统的方案【1】【2】，在该方案中其结构为两个独立的激光器，分别称为MasterLaser(主激光器)和SlaveLaser(从激光器)，将MasterLaser中所发出的光脉冲注入到SlaveLaser激光器的谐振腔中，可以达到降低激光器时域抖动以及缩小光谱线宽等的目的，并且通过调节MasterLaser电流调制的方式，可以达到调节SlaveLaser中连续出射的光脉冲的相位差的目的，从而在各种相位编码QKD系统中省略其它相位调制装置。同时，QKD光集成芯片是现今全世界非常重要的研究方向，利用该技术可以将原本基于各个独立光器件的各种光学系统集成在一块体积非常小的芯片中，首先降低了成本，其次可以大大增加QKD技术的应用范围。综上所述，需要提出一种新型的片上外注入激光器结构以及包含该激光器结构的QKD系统发射端，利用该结构来解决典型QKD系统中的激光光源产生的光脉冲时域抖动较高、光谱线宽较宽等缺陷，解决典型QKD系统误码率较高缺陷。
技术实现思路
本技术所要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足提供一种片上外注入激光器结构和量子密钥分发系统发射端，本片上外注入激光器结构和量子密钥分发系统发射端基于外注入锁定原理，相较于用于QKD系统中的典型激光光源，产生的光脉冲有时域抖动低，频域线宽窄等优点，降低了系统误码率。为实现上述技术目的，本技术采取的技术方案为：一种片上外注入激光器结构，包括集成光芯片，所述集成光芯片上集成有半导体光放大器一、半导体光放大器二、分布式布拉格反射镜一、分布式布拉格反射镜二和反射输出装置，所述半导体光放大器一和分布式布拉格反射镜一通过光波导线连接，半导体光放大器二和分布式布拉格反射镜二通过光波导线连接，所述半导体光放大器一和半导体光放大器二均与反射输出装置通过光波导线连接。作为本技术进一步改进的技术方案，所述反射输出装置采用两进两出的多模干涉仪。作为本技术进一步改进的技术方案，所述反射输出装置采用分布式布拉格反射镜三。为实现上述技术目的，本技术采取的另一个技术方案为：一种量子密钥分发系统发射端，包括采用多模干涉仪的片上外注入激光器结构、诱骗态以及衰减模块、光源监控模块和电流驱动单元，所述诱骗态以及衰减模块和光源监控模块均集成在集成光芯片上，所述电流驱动单元位于集成光芯片外部，所述片上外注入激光器结构内的分布式布拉格反射镜一与诱骗态以及衰减模块通过光波导线连接，所述片上外注入激光器结构内的分布式布拉格反射镜二与光源监控模块通过光波导线连接，所述半导体光放大器一和半导体光放大器二分别连接有电流驱动单元。作为本技术进一步改进的技术方案，所述诱骗态以及衰减模块采用强度调制器和衰减器；所述光源监控模块采用强光探测器。作为本技术进一步改进的技术方案，还包括光脉冲调制模块，所述片上外注入激光器结构内的分布式布拉格反射镜一通过光脉冲调制模块与诱骗态以及衰减模块连接。为实现上述技术目的，本技术采取的另一个技术方案为：一种量子密钥分发系统发射端，包括采用分布式布拉格反射镜三的片上外注入激光器结构、诱骗态以及衰减模块、光源监控模块和电流驱动单元，所述诱骗态以及衰减模块和光源监控模块均集成在集成光芯片上，所述电流驱动单元位于集成光芯片外部，所述片上外注入激光器结构内的分布式布拉格反射镜一与诱骗态以及衰减模块通过光波导线连接，所述片上外注入激光器结构内的分布式布拉格反射镜二与光源监控模块通过光波导线连接，所述半导体光放大器一和半导体光放大器二分别连接有电流驱动单元。作为本技术进一步改进的技术方案，所述诱骗态以及衰减模块采用强度调制器和衰减器；所述光源监控模块采用强光探测器。作为本技术进一步改进的技术方案，还包括光脉冲调制模块，所述片上外注入激光器结构内的分布式布拉格反射镜一通过光脉冲调制模块与诱骗态以及衰减模块连接。本技术的有益效果为：本技术提出了一种片上外注入激光器结构以及包含该激光器的量子密钥分发系统发射端，这种片上外注入激光器结构可以应用在绝大部分QKD系统中，并且由于外注入锁定现象，相较于用于QKD系统中的典型激光光源，这种激光器结构产生的光脉冲有时域抖动低，频域线宽窄等优点，且由于该量子密钥分发系统发射端产生的光脉冲的质量更好，可降低系统误码率，并且通过调节该发射端的两个电流驱动单元，也可以在不需要外部调制器的情况下(即不需要光脉冲调制模块)，完成各种相位编码，以及时间相位编码系统的态调制。本技术的片上外注入激光器结构可以缩小外注入方案中光源的体积，减小其能耗以及制作和操作难度。本技术内的各个器件均集成在一块体积非常小的芯片中，降低了成本，可以大大增加QKD技术的应用范围。附图说明图1为实施例1的片上外注入激光器结构图。图2为实施例1的多模干涉仪结构图。图3为实施例1中的量子密钥分发系统发射端结构图一。图4为实施例1中片上外注入激光器结构第二种调制方法调制出的四种光量子状态图。图5为实施例1中片上外注入激光器结构第三种调制方法调制出的四种光量子状态图。图6为实施例1中的量子密钥分发系统发射端结构图二。图7为实施例2的片上外注入激光器结构图。图8为实施例2的量子密钥分发系统发射端结构图一。图9为实施例2的量子密钥分发系统发射端结构图二。具体实施方式下面根据图1至图9对本技术的具体实施方式作出进一步说明：实施例本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种片上外注入激光器结构，其特征在于，包括集成光芯片，所述集成光芯片上集成有半导体光放大器一、半导体光放大器二、分布式布拉格反射镜一、分布式布拉格反射镜二和反射输出装置，所述半导体光放大器一和分布式布拉格反射镜一通过光波导线连接，半导体光放大器二和分布式布拉格反射镜二通过光波导线连接，所述半导体光放大器一和半导体光放大器二均与反射输出装置通过光波导线连接。/n

【技术特征摘要】
1.一种片上外注入激光器结构，其特征在于，包括集成光芯片，所述集成光芯片上集成有半导体光放大器一、半导体光放大器二、分布式布拉格反射镜一、分布式布拉格反射镜二和反射输出装置，所述半导体光放大器一和分布式布拉格反射镜一通过光波导线连接，半导体光放大器二和分布式布拉格反射镜二通过光波导线连接，所述半导体光放大器一和半导体光放大器二均与反射输出装置通过光波导线连接。


2.根据权利要求1所述的片上外注入激光器结构，其特征在于，所述反射输出装置采用两进两出的多模干涉仪。


3.根据权利要求1所述的片上外注入激光器结构，其特征在于，所述反射输出装置采用分布式布拉格反射镜三。


4.一种量子密钥分发系统发射端，其特征在于，包括如权利要求2所述的片上外注入激光器结构、诱骗态以及衰减模块、光源监控模块和电流驱动单元，所述诱骗态以及衰减模块和光源监控模块均集成在集成光芯片上，所述电流驱动单元位于集成光芯片外部，所述片上外注入激光器结构内的分布式布拉格反射镜一与诱骗态以及衰减模块通过光波导线连接，所述片上外注入激光器结构内的分布式布拉格反射镜二与光源监控模块通过光波导线连接，所述半导体光放大器一和半导体光放大器二分别连接有电流驱动单元。


5.根据权利要求4所述的量子密...

【专利技术属性】
技术研发人员：丁禹阳，程翌婷，王丛柯，安雪碧，钱泳君，
申请(专利权)人：安徽问天量子科技股份有限公司，
类型：新型
国别省市：安徽;34