本发明专利技术属于量子保密通信类，具体涉及基于法拉第-萨格奈克环的单光子源及其实现方法，其特征在于：所述单光子源的系统包括激光器、环形器、检偏器，以及一由四端口光纤分束器、相位调制器以及法拉第旋转镜构成的法拉第-萨格奈克环，所述激光器输出的连续光经所述环形器耦合进入所述四端口光纤分束器，所述四端口光纤分束器将所述连续光分为两束幅度相等、相位相同的正交线偏振光，所述线偏振光沿所述法拉第-萨格奈克环相向传输并在不同时刻接受所述相位调制器的调制，经过调制的所述线偏振光在所述四端口光纤分束器内叠加后，经所述环形器耦合进入所述检偏器。本发明专利技术的优点是：所产生的光脉冲具有高消光比、窄光谱宽度，降低了光脉冲在长距离光纤中传输时的偏振色散。
【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术属于量子保密通信类，具体涉及，其特征在于：所述单光子源的系统包括激光器、环形器、检偏器，以及一由四端口光纤分束器、相位调制器以及法拉第旋转镜构成的法拉第-萨格奈克环，所述激光器输出的连续光经所述环形器耦合进入所述四端口光纤分束器，所述四端口光纤分束器将所述连续光分为两束幅度相等、相位相同的正交线偏振光，所述线偏振光沿所述法拉第-萨格奈克环相向传输并在不同时刻接受所述相位调制器的调制，经过调制的所述线偏振光在所述四端口光纤分束器内叠加后，经所述环形器耦合进入所述检偏器。本专利技术的优点是：所产生的光脉冲具有高消光比、窄光谱宽度，降低了光脉冲在长距离光纤中传输时的偏振色散。【专利说明】
本专利技术属于量子保密通信类，具体涉及。
技术介绍
量子保密通信的出现是保密通信领域的一次革命，相较于传统的基于算法复杂度的密钥分发方法，量子保密通信的安全性是由物理学基本原理所决定的。“量子态不可克隆原理”保证了在量子信道传输的信息只能有唯一的脚本；与此同时，“海森堡测不准原理”使得任何第三方的攻击与窃听都会破坏原有的信息，收发两端可以通过校验误码率发现窃听者的存在，确保传输信息的绝对安全。因此，与现行的保密通信方式相比，量子保密通信在应对未来可能出现的安全性攻击方面将展现巨大的优势，以其先天的保密特性在在国防、银行、电子商务等领域发挥巨大的作用。量子保密通信以单光子为载体传输信息，单光子源是量子保密通信系统的重要模块。虽然实验上已经可以产生真正意义上的单光子，如金刚石NV色心发光等，但该方法所需仪器复杂、体积庞大，短期内无法应用在量子保密通信的实用化过程中。由于理想的单光子源制备复杂，目前，人们大都利用弱相干光源作为单光子源，具体通过将半导体激光器所产生的激光脉冲衰减至单光子水平实现。弱相干光源具有体积小、结构简单、脉冲重复频率可调等优点。但是弱相干光不是严格的单光子源，其光子数符合泊松分布，如目前通用的平均光子数为0.1的弱相干光，多光子脉冲在非空脉冲中所占的比例大约是5%，多光子脉冲可能会被第三方通过光子数分离攻击截获密文而不被通信双方发现，“诱骗态”的专利技术巧妙地解决了这个问题，使得这种光源可以应用在实际的量子保密通信中。在量子保密通信系统中，为了保证更高的成码效率与更远的通信距离，要求单光子源具有窄脉冲宽度、窄光谱宽度、高消光比等特点。弱相干光源一般通过电脉冲信号对激光器进行直接调制获得，由于激光器工作在高速调制模式，所获得的输出光光谱宽度远大于连续模式的工作条件下。同时，该方法要求恒流源为激光器预置一定的偏置电流，然后将调制电流加载在激光器上，通过增益开关机制输出光脉冲信号。如果激光器不施加偏置电流，在高调制速率下，仅靠调制调电流无法获得相干激光输出，这是因为目前的宽带功率放大器驱动能力有限。偏置电流的施加意味着激光器在没有调制电流时，仍有自发辐射光输出，这会降低输出脉冲的消光比，进而增大量子保密通信系统接收端单光子探测器的误码率，降低系统的成码效率。另一方面，上述方案在保证一定消光比的情况下，要求所加载的偏置电流在激光器阈值电流之下。此时，激光器所发出的光有一部分为自发福射光，由于自发辐射谱很宽，会增大输出激光的光谱宽度，这在长距离量子保密通信系统中会带来严重的色散问题，带来偏振变化不一致等情况。
技术实现思路
本专利技术的目的是根据上述现有技术的不足，提供了，该方法利用窄线宽激光器产生连续激光，通过调制萨格奈克环内一对相向传输的正交偏振光的相位获得不同的相位差，由振动方向相互垂直的光波叠加原理，不同的相位差可以获得不同输出光偏振态，输出端利用检偏器的偏振选择特性产生脉冲光。该方法所产生的单光子信号具有高消光比、窄光谱宽度和宽重复频率调节范围等优点。本专利技术目的实现由以下技术方案完成: 一种基于法拉第-萨格奈克环的单光子源，其特征在于:所述单光子源的系统包括激光器、环形器、检偏器，以及一由四端口光纤分束器、相位调制器以及法拉第旋转镜构成的法拉第-萨格奈克环，所述激光器输出的连续光经所述环形器耦合进入所述四端口光纤分束器，所述四端口光纤分束器将所述连续光分为两束幅度相等、相位相同的正交线偏振光，所述线偏振光沿所述法拉第-萨格奈克环相向传输并在不同时刻接受所述相位调制器的调制，经过调制的所述线偏振光在所述四端口光纤分束器内叠加后，经所述环形器耦合进入所述检偏器。所述连续光经由所述四端口光纤分束器分为两束所述正交线偏振光，是通过将所述四端口光纤分束器的输入端口的保偏尾纤慢轴与其内部的晶体S光成45°耦合。所述激光器为处于连续输出模式的窄线宽半导体激光器，所述激光器的尾纤采用保偏光纤耦合输出并保证所述激光器输出的连续光的偏振态与所述保偏光纤的慢轴之间成平行。所述保偏光纤可为熊猫光纤、椭圆光纤、领结光纤以及其它具有快轴和慢轴偏振保持效果的保偏光纤。一种涉及上述的基于法拉第-萨格奈克环的单光子源的实现方法，其特征在于:所述方法至少包括以下步骤: 将所述窄线宽半导体激光器设置为连续输出模式使其输出连续光； 将所述连续光通过所述环形器与所述四端口光纤分束器的输入端口耦合，其中所述四端口光纤分束器将所述连续光分为两束幅度相等、相位相同的正交线偏振光； 两束所述正交线偏振光在所述法拉第-萨格奈克环中相向传输，并于不同时刻接受所述相位调制器的调制，其中所述相位调制器设置为由重复频率为f (周期为T)窄脉冲驱动，通过对长短两臂的光纤长度控制使两臂的群延时差为T/2 ； 所述线偏振光在所述四端口光纤分束器处耦合，此时从所述四端口光纤分束器输出的未经调制的光偏振态不变，仍沿保偏光纤慢轴传输；经过调制的偏振态改变90°，沿保偏光纤快轴传输； 从所述四端口光纤分束器输出的光经所述环形器耦合进入所述检偏器，且所述检偏器允许沿保偏光纤快轴传输的光透过，与之垂直的光全部被阻隔，由此产生重复频率为2f的光脉冲信号。所述四端口光纤分束器是通过将其输入端口的保偏尾纤慢轴与其内部的晶体S光成45°耦合，以实现将所述激光器输出的连续光分为两束幅度相等、相位相同的正交线偏振光。本专利技术的优点是:采用窄线宽半导体激光器且工作在连续模式，发射激光具有很窄的线宽，典型值〈ΙΟΚΗζ，降低了光脉冲在长距离光纤中传输时的偏振色散，所产生的光脉冲具有高消光比、窄光谱宽度。由于本方法规避了传统直接调制半导体激光器的偏置电流，利用光纤检偏器对偏振态受相位调制器调制的连续光进行滤波，能获得典型值为30dB的光脉冲消光比。整个系统除相位调制器均采用被动器件，无需外部调节便可自动工作，具有很强的抗干扰能力，且全部器件目前都已实现了光纤输出小型化，便于系统集成和且具有在复杂环境下工作的能力。目前市场上商售的相位调制器具有高达40Gbps的调制速率，使得该方案具有很宽的重复频率调节范围，适合于量子保密通信系统的未来的发展需要。【专利附图】【附图说明】图1是本专利技术原理框图； 图2是本专利技术中四端口 PBS内部晶体光轴与尾纤光轴的关系图； 图3是本专利技术中脉冲调制器加载波形与输出光相位、输出光强的关系图。【具体实施方式】以下结合附图通过实施例对本专利技术特征及其它相关特征作进一步详细说明，以便于同行业技术人员的理解: 如图1-3所示，图中1-8标记分别为本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种基于法拉第?萨格奈克环的单光子源，其特征在于：所述单光子源的系统包括激光器、环形器、检偏器，以及一由四端口光纤分束器、相位调制器以及法拉第旋转镜构成的法拉第?萨格奈克环，其中所述激光器输出的连续光经所述环形器耦合进入所述四端口光纤分束器，所述四端口光纤分束器将所述连续光分为两束幅度相等、相位相同的正交线偏振光，所述线偏振光沿所述法拉第?萨格奈克环相向传输并在不同时刻接受所述相位调制器的调制，经过调制的所述线偏振光在所述四端口光纤分束器内叠加后，经所述环形器耦合进入所述检偏器。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：杜海彬，梁焰，曾和平，
申请(专利权)人：华东师范大学，
类型：发明
国别省市：
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