專利名稱：使用原子濾光器的空間量子通信裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及量子通信，更具體涉及使用原子濾光器的空間量子通信裝置。
背景技術(shù)：
密碼通信是一種能讓通信雙方在絕密狀態(tài)下交換消息的信息傳送方式。許多國家都非常重視密碼通信的研究?，F(xiàn)今，密碼已是政府、銀行、公司和私人保護等信息交換的保障。隨著網(wǎng)絡(luò)、電子商務(wù)的推廣，保密系統(tǒng)的安全性顯得尤為重要。計算機的飛速發(fā)展卻使得破譯密碼的手段越來越高明，經(jīng)典密碼術(shù)越來越顯現(xiàn)出它的局限性。量子密碼術(shù)是一門崛起的新興技術(shù)，其傳輸?shù)陌踩曰诹孔恿W(xué)的海森伯格(Heisenberg)測不準原理。量子密碼通信無疑在這一領(lǐng)域開辟了一個嶄新的天地。而且，其近期迅猛的發(fā)展和廣闊的應(yīng)用前景倍受矚目。
量子密碼通信是使用光子狀態(tài)作為信息的傳送載體。自由空間通信中，大氣層在光學(xué)波段是無雙折射的，這使得光子的偏振狀態(tài)可以在其中保真?zhèn)魉汀４嬖趦纱笥写鉀Q的問題是1)單光子傳送媒介的起伏；2)在強的背景光下的單光子探測問題?；诠庾悠窬幋a的量子密碼通信，通常使用窄帶寬干涉濾光片或者光纖空間濾光方法濾除背景光噪聲進行實驗演示，可以使上述問題得以部分解決，在晚上或者白天工作。
2002年10月，在德、奧邊境月光下成功地傳輸了量子密鑰，原碼傳輸率為1.5-2kHz，誤碼率5％，距離達到23.4公里。這是迄今為止所報導(dǎo)的自由空間密鑰傳送的最遠距離，也表明了量子通信實用化的可能性。
自由空間量子密碼通信的前景在于通過近地衛(wèi)星進行地對星、星對星的安全密碼傳送和建立全球密碼傳送的空間網(wǎng)絡(luò)?，F(xiàn)今的技術(shù)已經(jīng)可以達到在27db傳輸損失的成功傳送。如果提高接收效率，減少背景光噪聲，信道可以承受33db的損失，使得對500-1000公里近地衛(wèi)星的密碼傳送成為可能。
現(xiàn)有的量子通信裝置是在隨機編碼序列脈沖單光子束入射到分束器前，先通過干涉濾光片濾光，之后不再濾光，其不足之處在于，由于常用干涉濾光片的工作帶寬較寬，本底光噪聲抑制比較低，因此，產(chǎn)生較高的誤碼率。
原子濾光的方法具有高透射，超窄濾光帶寬，大角度接收，響應(yīng)速度快，工作頻率在一定范圍內(nèi)可調(diào)諧等特點。因此，被廣泛應(yīng)用于激光通訊，激光雷達和高速光調(diào)制等領(lǐng)域。大氣激光通信實驗通常是在光功率為mW/cm2或者μW/cm2量級的較強入射激光情況下進行的，而量子保密通信需要在單光子水平條件下對信號進行保真?zhèn)魉汀?br>
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種使用原子濾光器的空間量子通信裝置，該裝置的主要特征是使用超窄線寬原子濾光器替代現(xiàn)有量子通信裝置中使用的干涉濾光片。優(yōu)點是可減少由背景光噪聲引起的誤碼率，增長通信距離，使量子通信裝置能更好地在白天和月光下工作，實現(xiàn)量子通信裝置的實用化。
為了達到上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案使用原子濾光器的空間量子通信裝置由分束器、兩個λ/2波片、λ/4波片、兩個偏振分束器、兩個原子濾光器、兩個光耦合器、兩根光纖和兩個單光子探測器組成，在分束器光透射端的光子信道上依次放置有第一λ/2波片、λ/4波片、第一偏振分束器、第一原子濾光器和第一光耦合器，它們的中心均與分束器的中心同軸；第一光耦合器通過第一光纖與第一單光子探測器連接。在分束器光反射端的光子信道上放置第二λ/2波片和第二偏振分束器，它們的中心均與分束器反射面的中心同軸；第二原子濾光器和光耦合器放置依次放置在第二偏振分束器光反射端的光子信道上，它們的中心均與第二偏振分束器反射面的中心同軸；第二光耦合器通過第二光纖與第二單光子探測器連接。
本發(fā)明的工作流程為當隨機編碼序列脈沖單光子束入射到本發(fā)明的50％分束器上時，單光子隨機透射或者反射。當信號光子透射時，經(jīng)過第一λ/2波片偏振面發(fā)生偏轉(zhuǎn)，再通過λ/4波片變成圓偏振的光子，再經(jīng)第一偏振分束器選擇透射光子，然后通過第一原子濾光器，濾除通信通道中的陽光、月光等本底噪聲，信號光子再經(jīng)過第一光耦合器進入第一光纖傳輸至第一單光子探測器，第一單光子探測器接收光子信號并將其轉(zhuǎn)換成電信號。當信號光子被反射時，則信號光子經(jīng)過第二λ/2波片，偏振面發(fā)生偏轉(zhuǎn)，再經(jīng)第二偏振分束器選擇反射光子，然后通過第二原子濾光器，濾除通信通道中的陽光、月光等本底噪聲，信號光子再經(jīng)過第二光耦合器進入第二光纖傳輸至第二單光子探測器，第二單光子探測器接收光子信號并將其轉(zhuǎn)換成電信號。
本發(fā)明專利與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下優(yōu)點由于原子濾光器工作帶寬比干涉濾光片的工作帶寬約窄3個數(shù)量級，且其具有10-5的本底光噪聲抑制比，因此，可以使空間量子密碼通信系統(tǒng)降低由于背景噪聲引起的誤碼率2-3個數(shù)量級，增加空間量子密碼通信的距離，本發(fā)明可在陽光或月光等背景光輻射下正常工作。


圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。
其中1為激光脈沖單光子束、2為50％分束器、3和10為λ/2波片、4為λ/4波片、5和11為偏振分束器、6和12為原子濾光器、7和13為光耦合器、8和14為光纖、9和15為單光子探測器。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖，對本發(fā)明作進一步的描述。
使用原子濾光器的空間量子通信裝置由分束器2、兩個λ/2波片3和10、λ/4波片4、兩個偏振分束器5和11、兩個原子濾光器6和12、兩個光耦合器7和13、兩根光纖8和14、兩個單光子探測器9和15組成，在分束器2光透射端的光子信道上依次放置有第一λ/2波片3、λ/4波片4、第一偏振分束器5、第一原子濾光器6和第一光耦合器7，它們的中心均與分束器2的中心同軸；第一光耦合器7通過第一光纖8與第一單光子探測器9連接。在分束器2光反射端的光子信道上放置第二λ/2波片10和第二偏振分束器11，它們的中心均與分束器2反射面的中心同軸；第二原子濾光器12和光耦合器13放置依次放置在第二偏振分束器11光反射端的光子信道上，它們的中心均與第二偏振分束器11反射面的中心同軸；第二光耦合器13通過第二光纖14與第二單光子探測器15連接。
本發(fā)明的工作流程為當隨機編碼序列脈沖單光子束1入射到本發(fā)明的50％分束器2上時，單光子隨機透射或者反射。當信號光子透射時，經(jīng)過第一λ/2波片3偏振面發(fā)生偏轉(zhuǎn)，再通過λ/4波片4變成圓偏振的光子，再經(jīng)第一偏振分束器5選擇透射光子，然后通過第一原子濾光器6，濾除通信通道中的陽光、月光等本底噪聲，信號光子再經(jīng)過第一光耦合器7進入第一光纖8傳輸至第一單光子探測器9，第一單光子探測器9接收光子信號并將其轉(zhuǎn)換成電信號。當信號光子被反射時，則信號光子經(jīng)過第二λ/2波片10，偏振面發(fā)生偏轉(zhuǎn)，再經(jīng)第二偏振分束器11選擇反射光子，然后通過第二原子濾光器12，濾除通信通道中的陽光、月光等本底噪聲，信號光子再經(jīng)過第二光耦合器13進入第二光纖14傳輸至第二單光子探測器15，第二單光子探測器15接收光子信號并將其轉(zhuǎn)換成電信號。
權(quán)利要求
1.使用原子濾光器的空間量子通信裝置，其特征在于，該裝置由分束器(2)、兩個λ/2波片(3、10)、λ/4波片(4)、兩個偏振分束器(5、11)、兩個原子濾光器(6、12)、兩個光耦合器(7、13)、兩根光纖(8、14)、兩個單光子探測器(9、15)組成，在分束器(2)光透射端的光子信道上依次放置有第一λ/2波片(3)、λ/4波片(4)、第一偏振分束器(5)、第一原子濾光器(6)和第一光耦合器(7)，它們的中心均與分束器(2)的中心同軸；第一光耦合器(7)通過第一光纖(8)與第一單光子探測器(9)連接，在分束器(2)光反射端的光子信道上放置第二λ/2波片(10)和第二偏振分束器(11)，它們的中心均與分束器2反射面的中心同軸；第二原子濾光器(12)和光耦合器(13)放置依次放置在第二偏振分束器(11)光反射端的光子信道上，它們的中L心均與第二偏振分束器(11)反射面的中心同軸；第二光耦合器(13)通過第二光纖(14)與第二單光子探測器(15)連接。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種使用原子濾光器的空間量子通信裝置，屬量子通信領(lǐng)域，該裝置由分束器2、兩個λ/2波片3和10、λ/4波片4、兩個偏振分束器5和11、兩個原子濾光器6和12、兩個光耦合器7和13、兩根光纖8和14、兩個單光子探測器9和15組成，主要特征是使用超窄線寬原子濾光器替代現(xiàn)有量子通信裝置中使用的干涉濾光片。其優(yōu)點在于由于原子濾光器工作帶寬比干涉濾光片的工作帶寬約窄3個數(shù)量級，且其具有10
文檔編號H04B10/30GK1545228SQ200310111370
公開日2004年11月10日 申請日期2003年11月11日 優(yōu)先權(quán)日2003年11月11日
發(fā)明者孫獻平, 李若虹, 羅軍, 詹明生 申請人:中國科學(xué)院武漢物理與數(shù)學(xué)研究所