一种基于轨道角动量复用的连续变量量子密钥分发系统技术方案

本实用新型专利技术公开一种基于轨道角动量复用的连续变量量子密钥分发系统，包括发送端和接收端，其中，所述发送端和接收端通过光纤建立连接，所述接收端包括检测装置，所述发送端将调制后的信号光和本振光同时发给所述接收端，所述接受端对接收到的光束进行分束，通过检测装置获得密钥信息。本实用新型专利技术使用螺旋相位板和空间光调制器实现轨道角动量复用，能够降低系统的实现成本，能够实现高安全码率本振连续变量量子密钥分发。变量量子密钥分发。变量量子密钥分发。

【技术实现步骤摘要】
一种基于轨道角动量复用的连续变量量子密钥分发系统


[0001]本技术涉及量子信息和连续变量量子密钥分发领域，更具体地，涉及一种基于轨道角动量复用的连续变量量子密钥分发系统。

技术介绍

[0002]量子密钥分发(QKD)可用于生成具有由量子力学保证的信息理论安全性的加密密钥。当前基于光纤的QKD链路的最大范围是几百公里，受损耗限制。这些距离的密钥速率非常低，基于光纤的QKD不能用于移动链路。原则上，自由空间QKD链接可以克服这些限制。使用弱相干态的室外自由空间QKD链路已在距离增加的固定节点之间得到证明。还有使用连续变量QKD和纠缠态实现定点自由空间QKD链接。
[0003]轨道角动量(OAM)作为光学旋涡(OV)光束中描述螺旋波前特征的一个物理量，为自由空间的量子网络通信的复用提供了一个全新的自由度。当光束的振幅函数含有方位角相位项exp(ilφ)时，光束携带轨道角动量，这里的l是轨道角动量的特征值或是所谓的拓扑荷。理论上，l值是无穷的，这使运用轨道角动量状态作为信道复用的载体，为数据传输携带信号成为可能。因此，有待将轨道角动量技术应该用到自由空间的量子网络通信中。
[0004]轨道角动量光束作为轨道角动量复用(OAM
‑
M)的信息载体，为增加自由空间量子通信系统的容量提供了潜在方法。研究证实，利用达曼光栅自主共线轨道角动量通道的产生、传输和同步探测，已获得了80/160Tbit/s容量。通过达曼光栅的轨道角动量复用技术解决了大量轨道角动量态同步跟踪的瓶颈问题，并且为光通信容量达到Pbit/s提供了可能。由于轨道角动量的正交特性，同轴OV光束携带的信息能够在自由空间传输而不存在轨道角动量信道干扰。因此，可以利用达曼光栅搭建基于轨道角动量解复用(OAM
‑
DM)的量子网络来研究自由空间通信。
[0005]而在涡旋光束的生成方法中，利用空间光调制器生成轨道角动量，具有线形度好、光束均匀性好、响应速度快、可控性强等优势，而且可同时调制多个不同的轨道角动量，在实现生成多轨道角动量光束的发展上有着绝对优势，因此可以将空间光调制器结合应用到自由空间的量子网络通信中。
[0006]现有技术中提出连续变量量子密钥分发系统，其包括激光器、编码干涉仪、量子信道、解码干涉仪和两个光电探测器。激光器产生脉冲光信号供输入编码干涉仪。编码干涉仪包括第一光环形器、非对称光耦合器、分别经第一信号臂和本振臂与非对称光耦合器耦合的两个四分之一波片反射镜，及位于第一信号臂上的强度调制器和第一相位调制器。解码干涉仪经量子信道与编码干涉仪耦合，包括第二光环形器、3dB光耦合器、分别经第二信号臂和本振臂与3dB光耦合器耦合的两个四分之一波片反射镜及位于第二本振臂上的第二相位调制器。两个光电探测器用于对来自解码干涉仪的输出进行探测。该方案较为复杂。

技术实现思路

[0007]本技术提供一种基于轨道角动量复用的连续变量量子密钥分发系统，采用轨
道角动量复用技术，使得信号光和本振光在同一量子信道中传输，能够降低系统的实现成本，进一步提高系统的密钥安全速率。
[0008]为解决上述技术问题，本技术的技术方案如下：
[0009]一种基于轨道角动量复用的连续变量量子密钥分发系统，包括发送端和接收端，其中，所述发送端和接收端通过光纤建立连接，所述接收端包括检测装置，所述发送端将调制后的信号光和本振光同时发给所述接收端，所述接受端对接收到的光束进行分束，通过检测装置获得密钥信息。
[0010]优选地，所述发送端包括连续波激光器，所述连续波激光器发出连续激光，所述连续波激光器发出的连续激光在所述发送端中分为信号光和本振光。
[0011]优选地，所述发送端还包括第一分束器，所述第一分束器将所述连续波激光器发出的连续激光分为两路，一路为信号光，另一路为本振光。
[0012]优选地，所述发送端还包括第一幅度调制器、第一相位调制器、第一螺旋相位板和第一可调衰减器，其中：
[0013]所述信号光输入至所述第一幅度调制器，所述第一幅度调制器输出幅度调制后的信号光，所述幅度调制后的信号光输入至所述第一相位调制器，所述第一相位调制器输出相位调制后的信号光，所述相位调制后的信号光输入至所述第一螺旋相位板，所述第一相位螺旋板输出具有第一模式数的OAM光，所述具有第一模式数的OAM光输入至所述第一可调衰减器，所述第一可调衰减器输出调制后的信号光，所述调制后的信号光与调制后的本振光合为一束光后输出至接收端。
[0014]优选地，所述发送端还包括第一延时线、第二螺旋相位板和第二可调衰减器，其中：
[0015]所述本振光输入至所述第一延时线，所述第一延时线输出延时后的本振光，所述延时后的本振光输入至所述第二螺旋相位板，所述第二螺旋相位版输出具有第二模式数的OAM光，所述具有第二模式数的OAM光输入至所述第二可调衰减器，所述第二可调衰减器输出调制后的本振光，所述调制后的本振光与所述调制后的信号光合为一束光后输出至所述接收端。
[0016]优选地，所述第一螺旋相位板和第二螺旋相位板均为一块具有固定折射率的透明板，该透明板的其中一端是规则的平面结构，另一端是一个旋转台阶状的不规则螺旋旋面结构，所述螺旋旋面的厚度随着方位角的增加而增加。
[0017]优选地，所述第一螺旋相位板的螺旋旋面的厚度与所述第二螺旋相位板的螺旋旋面的最大厚度不相同。
[0018]优选地，所述发送端还包括合束器，所述合束器将所述调制后的本振光和调制后的信号光合为一束光后输出至所述接收端。
[0019]优选地，所述接收端包括第二分束器、第一空间光调制器、第二延时线、第二空间光调制器、第二相位调制器、第三分束器和零差检测装置，其中：
[0020]所述第二分束器将接收到所述发送端发送的光信号分为两路，其中一路输入至所述第一空间光调制器，所述第一空间光调制器筛选得到信号光，所述筛选得到的信号光输入至所述第二延时线进行延时，延时后的信号光与调制后的另一路的输出一并同时输入至所述第三分束器中；另一路输入至所述第二空间光调制器，所述第二空间光调制器筛选得
到本振光，所述筛选得到的本振光输入至所述第二相位调制器进行相位偏移补偿，所述补偿后的本振光与延时后的信号光一并同时输入至所述第三分束器，所述第三分束器的输出信号输入至所述零差检测装置，所述零差检测装置检测得到相位信息。
[0021]优选地，所述零差检测装置包括第三可调衰减器、第四可调衰减器和平衡探测器，其中：
[0022]所述第三分束器的输出分为两路，一路输入至所述第三可调衰减器，另一路输入至所述第四可调衰减器，所述第三可调衰减器和第四可调衰减器的输出送进所述平衡探测器，所述平衡探测器检测得到相位信息。
[0023]与现有技术相比，本技术技术方案的有益效果是：
[0024]本技术提供一种基于轨道角动量复用的连续变量量子密钥分发系统，使用螺旋相位板和空间光调制器实现轨道角动量复用，能本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于轨道角动量复用的连续变量量子密钥分发系统，其特征在于，包括发送端和接收端，其中，所述发送端和接收端通过光纤建立连接，所述接收端包括检测装置，所述发送端将调制后的信号光和本振光同时发给所述接收端，所述接收端对接收到的光束进行分束，通过检测装置获得密钥信息；所述发送端包括连续波激光器，所述连续波激光器发出连续激光，所述连续波激光器发出的连续激光在所述发送端中分为信号光和本振光；所述发送端还包括第一分束器，所述第一分束器将所述连续波激光器发出的连续激光分为两路，一路为信号光，另一路为本振光；所述发送端还包括第一幅度调制器、第一相位调制器、第一螺旋相位板和第一可调衰减器，其中：所述信号光输入至所述第一幅度调制器，所述第一幅度调制器输出幅度调制后的信号光，所述幅度调制后的信号光输入至所述第一相位调制器，所述第一相位调制器输出相位调制后的信号光，所述相位调制后的信号光输入至所述第一螺旋相位板，所述第一相位螺旋板输出具有第一模式数的OAM光，所述具有第一模式数的OAM光输入至所述第一可调衰减器，所述第一可调衰减器输出调制后的信号光，所述调制后的信号光与调制后的本振光合为一束光后输出至接收端；所述发送端还包括第一延时线、第二螺旋相位板和第二可调衰减器，其中：所述本振光输入至所述第一延时线，所述第一延时线输出延时后的本振光，所述延时后的本振光输入至所述第二螺旋相位板，所述第二螺旋相位版输出具有第二模式数的OAM光，所述具有第二模式数的OAM光输入至所述第二可调衰减器，所述第二可调衰减器输出调制后的本振光，所述调制后的本振光与所述调制后的信号光合为一束光后输出至所述接收端；所述发送端还包括合束器，所述合束器将...

【专利技术属性】
技术研发人员：康乐，胡敏，郭邦红，
申请(专利权)人：华南师范大学，
类型：新型
国别省市：