[实用新型]一种用于实现量子密钥分配的集成光学发射器件

说明书

本实用新型提出了一种用于实现量子密钥分配的集成光学发射器件，包括衬底及缓冲层，缓冲层表面上依次设置有初级光源模块、次级光源模块、光强度调制器模块、不等臂马赫‑曾德尔干涉仪模块及光输出耦合模块，初级光源模块外接电源发出短波长光并激发次级光源模块产生长波长光，其通过光波导输送到光强度调制器模块调制后输出长波长强度调制脉冲光信号并通过光波导输送到不等臂马赫‑曾德尔干涉仪模块，经该不等臂马赫‑曾德尔干涉仪模块输出长波长强度调制和相位调制的光脉冲对信号，并通过该光输出耦合模块向外发射。实施本实用新型的用于实现量子密钥分配的集成光学发射器件将光源、调制器及干涉仪集成于一体，更有利小型化，其结构更合理，运行更稳定。

技术领域

本实用新型涉及量子密钥分配（QKD）系统中的发射装置技术领域，特别涉及一种用于实现量子密钥分配的集成光学发射器件。

背景技术

量子密钥分配（QKD）技术是量子保密光通信的核心技术。量子密钥分配通过光子的量子态的调制发射与解调接收实现保密通信所需密钥分发。量子密钥分配系统中收发双方通过光传输信道对调制后的单光子进行发射和探测，然后按照协议对探测结果进行处理以实现密钥的安全分配。量子密钥分配的安全性是由量子力学的基本原理保证的。量子密钥分配获得的密钥，在一次一密的特定的使用条件下（量子密钥分配获得的真随机密钥、密钥与明文等长、明文与密钥进行“异或”逻辑运算获得密文、一次一密使用），可以实现无条件安全的保密通信。

量子密钥分配中相位编码是一种主流的编码方式，由编解码装置完成对光子相位的调制和解调。基于集成光路技术的量子密钥分配编码/解码芯片，将量子态信号的产生、编码/解码、测量过程的各功能部件集成在一片集成光路芯片上，以实现相位编码BB84协议和诱骗态协议的量子密钥分配。

影响密钥分配误码率（差错率）的因素有很多，如接收端和发射端光学器件的不理想引起的量子态调制误差，信道的背景噪声，探测器噪声等。因此，在调制光子量子态的发射和检测过程中，所使用的光器件性能对整个系统的特性有重要的影响。存在的问题主要体现在三个方面：系统中各光学器件的参数一致性问题、系统稳定性问题、不能满足设备小型化的问题。

量子密钥分配系统基于其物理上绝对安全的特性，是目前密钥分配的最可靠的一种方式。目前实用的量子密钥分配系统多数是基于 BB84 协议或者其改进协议（B92等），以及必要的补充协议（诱骗态协议等）。按照BB84协议，量子密钥分配的过程是，在发射端（Alice）随机发射一个经过编码的光子，单光子经过（光纤、自由空间等）传输到达接收端，在接收端（Bob）进行解码探测，积累足够的探测结果后按照BB84协议以及诱骗态协议的要求进行处理，生成安全的量子密钥。

发射端的光源发出的光经过光强度调制模块（可以用等臂马赫-曾得尔干涉仪加上调相器构成）控制输出光的强度，达到量子密钥分配所需要近似单光子光脉冲的弱脉冲光，光脉冲中的平均光子数小于1（一般为0.1），并按照诱骗态协议的要求插入不同强度的诱骗态光脉冲。