【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及量子保密通信领域，特别涉及一种用于不等臂干涉仪芯片及时间相位编码芯片的延时差调节方法。
技术介绍
1、量子密钥分发(qkd)基于量子力学原理，由于量子不可克隆和测不准原理，是理论可证明无条件安全的密钥分发体系。随着量子密钥分发技术的发展，提供小体积、低成本和高稳定的量子密钥分发设备将更具竞争力。量子密钥分发往往涉及较复杂的光信号编码和解码，目前其编码和解码结构往往借助传统光纤器件组合形成，体积较大且成本较高。在光学芯片上实现光信号的编码和解码是小体积、低成本和高稳定量子密钥分发设备的重要解决方式之一。
2、图1示出了现有技术中的一种集成时间相位量子密钥分配系统发射端编码模块。如图1所示，编码模块利用光分束器一、光分束器二、相位调制模块一和相位调制模块二组成等臂干涉仪，利用光分束器二、光波导延时模块和合束器组成不等臂干涉仪。通过调制等臂干涉仪中的相位差，可以动态调制光信号的输出端口，以使光信号在不等臂干涉仪中仅沿长臂或短臂行进，或者同时沿长短臂行进，由此制备出符合bb84协议的4个态。
3、图2示出了现有技术中的另一种用于时间相位编码量子密钥分发系统的封装结构。如图2所示，封装结构利用光分束器bs1、heater1与光分束器bs2组成等臂mz干涉仪，且使等臂干涉仪连接一个不等臂干涉仪。类似地，借助heater1调制等臂干涉仪中的相位差，动态调制光信号的输出端口，以使光信号在不等臂干涉仪中仅沿长臂或短臂行进，或者同时沿长短臂行进，由此制备出符合bb84协议的4个态。
4、由此可见，时
5、为减少干涉仪中的臂长差偏差的影响，目前的主要做法是借助光纤研磨等工艺精确控制干涉仪的臂长差，将两个或一批干涉仪的臂长差的固有偏差控制在较小水平下。同时，还可以在干涉仪中引入减震和保温设计来降低环境扰动的影响，以及利用相位调制器/移相器等器件进行实时补偿，例如可以参见“faraday-michelson system for quantumcryptography”、cn201822228162.7和cn201822226830.2等现有技术所公开的解决方案。然而，可以明显关注到，这类解决方案往往会导致干涉仪具有较大的体积，稳定性较差且系统较为复杂。
6、图1所示结构中呈现了一种解决方案，其中利用由一段波导线实现的波导延时模块来实现干涉仪的长臂。在这种解决方案中，能够实现小的体积和良好的抗环境扰动性能，但其采用的是芯片形式，芯片一旦加工后则难以再进行干涉仪臂长差的调节，因此对芯片加工工艺的一致性具有很高的要求。实际上，受限于芯片加工工艺，不同晶圆甚至同晶圆的干涉仪都可能存在较大的差异，这会导致干涉仪臂长差的固有偏差较大，远大于相位调制器/移相器的调节范围，甚至超出一般光源的相干长度，无法使用常规光源测量到干涉现象，而在芯片制作完成后又无法对其进行调节，这限制了其实际应用和规模组网(需要干涉仪可以任意配对，配对后两干涉仪臂长差差异较小)，可能也是阻碍目前基于片上干涉仪产品大规模部署的主要原因之一。
7、图3示出了现有技术中提出的另一种解决方案，即，在接收端设计可调延时单元。如图3所示，该解决方案需要在接收端设计有源器件(例如相位调制器)，但一般的有源器件对偏振敏感，而光纤链路会引起随机偏振变化，因此需要相应地设计偏振无关的接收端或者增加偏振补偿装置，这又会大幅地增加系统复杂度和技术难度。此外，接收端设计相关可调延时单元还会增加损耗，降低量子密钥分发设备的性能。
技术实现思路
1、针对现有技术中存在的上述问题，本专利技术公开了一种用于不等臂干涉仪芯片及时间相位编码芯片的延时差调节方法，其中，通过在不等臂干涉仪芯片(模块)的光臂上引入借助干涉仪结构实现的可调光延迟模块，使得能够简单地通过改变干涉仪结构的参数(例如调制相位、光衰减值等)，切换用于光信号的波导长度，调节可调光延迟模块在光臂上引入的延迟量，实现对不等臂干涉仪芯片及时间相位编码芯片的延时差的调节，有效解决例如不同批次或同批次不同芯片之间，实际延迟线长度差异过大导致时间相位编码芯片产品化受限的问题。
2、本专利技术的第一方面涉及一种用于不等臂干涉仪芯片的延时差调节方法，其中，
3、所述不等臂干涉仪芯片包括第一光分束器和第一光合束器，所述第一光分束器的两个输出端分别通过第一和第二波导连接第一光合束器的两个输入端；
4、所述第一和第二波导中的至少一个上设有可调光延迟模块，用于为沿波导传播的光信号提供时间延迟；
5、所述可调光延迟模块包括一个或级联的多个延迟切换单元，所述延迟切换单元基于干涉仪结构实现；
6、所述延时差调节方法包括调节步骤，用于通过改变所述干涉仪结构的参数，切换用于光信号的传输路径，以调节所述不等臂干涉仪芯片的延时差。
7、进一步地，所述延迟切换单元包括具有输入端和两个输出端的等臂mz干涉仪，所述等臂mz干涉仪的两臂相位差可调，且两个输出端分别通过第三和第四波导连接第二光合束器的两个输入端，所述第三和第四波导具有不同的光程；
8、在所述调节步骤中，通过调节所述等臂mz干涉仪的两臂相位差，从所述等臂mz干涉仪的两个输出端中选择一个用于输出光信号。
9、更进一步地，所述第三波导和第四波导上分别设置有可调光衰减器；并且，
10、所述调节步骤还包括通过调节所述可调光衰减器的衰减值，使光信号在第三波导或第四波导上消光的步骤。
11、进一步地，该方法还可以包括预设步骤，用于事先设置所述不等臂干涉仪芯片的延时差与所述等臂mz干涉仪的两臂相位差之间的查询表；
12、在所述调节步骤中，利用所述查询表获得所述等臂mz干涉仪的两臂相位差。
13、进一步地，所述延迟切换单元包括第三光分束器和第三光合束器，所述第三光分束器的两个输出端分别通过第七波导和第八波导连接第三光合束器的两个输入端，所述第七波导和第八波导上分别设有可调光衰减器，且所述第七波导和第八波导具有不同的光程；
14、在所述调节步骤中，通过调节所述可调光衰减器的衰减值，使光信号在第七波导或第八波导上消光。
15、进一步地，所述第一和第二波导中的至少一个上还设有衰减控制模块，用于为沿波导传播的光信号提供可控的衰减；
16、所述延时差调节方法还包括功率本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种用于不等臂干涉仪芯片的延时差调节方法，其中，
2.如权利要求1所述的延时差调节方法，其中，所述延迟切换单元包括具有输入端和两个输出端的等臂MZ干涉仪，所述等臂MZ干涉仪的两臂相位差可调，且两个输出端分别通过第三和第四波导连接第二光合束器的两个输入端，所述第三和第四波导具有不同的光程；
3.如权利要求2所述的延时差调节方法，其中，所述第三波导和第四波导上分别设置有可调光衰减器；并且，
4.如权利要求2所述的延时差调节方法，其还包括预设步骤，用于事先设置所述不等臂干涉仪芯片的延时差与所述等臂MZ干涉仪的两臂相位差之间的查询表；
5.如权利要求1所述的延时差调节方法，其中，所述延迟切换单元包括第三光分束器和第三光合束器，所述第三光分束器的两个输出端分别通过第七波导和第八波导连接第三光合束器的两个输入端，所述第七波导和第八波导上分别设有可调光衰减器，且所述第七波导和第八波导具有不同的光程；
6.如权利要求1-5中任一项所述的延时差调节方法，其中，所述第一和第二波导中的至少一个上还设有衰减控制模块，用于为沿波导传播的光信号
7.如权利要求6所述的延时差调节方法，其中，所述衰减控制模块包括载流子注入型衰减器。
8.如权利要求1所述的延时差调节方法，其中，光分束器和光合束器为多模干涉仪或者定向耦合器；以及/或者，光分束器、光合束器及波导为硅材质。
9.如权利要求2所述的延时差调节方法，其中，不同延迟切换单元中的第三波导具有相同或不同的光程，不同延迟切换单元中的第四波导具有相同或不同的光程。
10.如权利要求5所述的延时差调节方法，其中，不同延迟切换单元中的第七波导具有相同或不同的光程，不同延迟切换单元中的第八波导具有相同或不同的光程；以及/或者，所述可调光衰减器是基于载流子注入原理实现的，或者是基于MZ干涉仪原理实现的。
11.一种用于时间相位编码芯片的延时差调节方法，其中，
12.如权利要求11所述的延时差调节方法，其中，所述延迟切换单元包括具有输入端和两个输出端的等臂MZ干涉仪，所述等臂MZ干涉仪的两臂相位差可调，且两个输出端分别通过第三和第四波导连接第二光合束器的两个输入端，所述第三和第四波导具有不同的光程；
13.如权利要求12所述的延时差调节方法，其中，所述第三波导和第四波导上分别设置有可调光衰减器；并且，
14.如权利要求12所述的延时差调节方法，其还包括预设步骤，用于事先设置所述不等臂干涉仪芯片模块的延时差与所述等臂MZ干涉仪的两臂相位差之间的查询表；
15.如权利要求11所述的延时差调节方法，其中，所述延迟切换单元包括第三光分束器和第三光合束器，所述第三光分束器的两个输出端分别通过第七波导和第八波导连接第三光合束器的两个输入端，所述第七波导和第八波导上分别设有可调光衰减器，且所述第七波导和第八波导具有不同的光程；
16.如权利要求11-15所述的延时差调节方法，其中，所述第一和第二波导中的至少一个上还设有衰减控制模块，用于为沿波导传播的光信号提供可控的衰减；
17.如权利要求16所述的延时差调节方法，其中，所述衰减控制模块包括载流子注入型衰减器。
18.如权利要求11所述的延时差调节方法，其中，所述相位调节模块为载流子沉积型、载流子注入型或者载流子耗尽型；以及/或者，光分束器和光合束器为多模干涉仪或者定向耦合器；以及/或者，光分束器、光合束器及波导为硅材质。
19.如权利要求12所述的延时差调节方法，其中，不同延迟切换单元中的第三波导具有相同或不同的光程，不同延迟切换单元中的第四波导具有相同或不同的光程。
20.如权利要求15所述的延时差调节方法，其中，不同延迟切换单元中的第七波导具有相同或不同的光程，不同延迟切换单元中的第八波导具有相同或不同的光程。
...【技术特征摘要】
1.一种用于不等臂干涉仪芯片的延时差调节方法，其中，
2.如权利要求1所述的延时差调节方法，其中，所述延迟切换单元包括具有输入端和两个输出端的等臂mz干涉仪，所述等臂mz干涉仪的两臂相位差可调，且两个输出端分别通过第三和第四波导连接第二光合束器的两个输入端，所述第三和第四波导具有不同的光程；
3.如权利要求2所述的延时差调节方法，其中，所述第三波导和第四波导上分别设置有可调光衰减器；并且，
4.如权利要求2所述的延时差调节方法，其还包括预设步骤，用于事先设置所述不等臂干涉仪芯片的延时差与所述等臂mz干涉仪的两臂相位差之间的查询表；
5.如权利要求1所述的延时差调节方法，其中，所述延迟切换单元包括第三光分束器和第三光合束器，所述第三光分束器的两个输出端分别通过第七波导和第八波导连接第三光合束器的两个输入端，所述第七波导和第八波导上分别设有可调光衰减器，且所述第七波导和第八波导具有不同的光程；
6.如权利要求1-5中任一项所述的延时差调节方法，其中，所述第一和第二波导中的至少一个上还设有衰减控制模块，用于为沿波导传播的光信号提供可控的衰减；
7.如权利要求6所述的延时差调节方法，其中，所述衰减控制模块包括载流子注入型衰减器。
8.如权利要求1所述的延时差调节方法，其中，光分束器和光合束器为多模干涉仪或者定向耦合器；以及/或者，光分束器、光合束器及波导为硅材质。
9.如权利要求2所述的延时差调节方法，其中，不同延迟切换单元中的第三波导具有相同或不同的光程，不同延迟切换单元中的第四波导具有相同或不同的光程。
10.如权利要求5所述的延时差调节方法，其中，不同延迟切换单元中的第七波导具有相同或不同的光程，不同延迟切换单元中的第八波导具有相同或不同的光程；以及/或者，所述可调光衰减器是基于载流子注入原理实现的，或者是基于mz干涉仪原理实现的。
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【专利技术属性】
技术研发人员：刘仁德，马昆，唐世彪，
申请(专利权)人：科大国盾量子技术股份有限公司，
类型：发明
国别省市：
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