[发明专利]一种用于飞行器的自由空间量子密钥分发系统及方法

权利要求书

1.一种用于飞行器的自由空间量子密钥分发系统，包括飞行器F_n与地面站G_m设备，其特征在于，所述飞行器F_n与地面站G_m设备均包括量子密钥分发系统，所述量子密钥分发系统用于发送和接收量子通信信号，所述量子密钥分发系统发送量子通信信号时为发送方，接收量子通信信号时为接收方，其中：

所述量子密钥分发系统包括通信信号产生模块、通信信号收发模块、通信信号接收选择模块、偏振基矢探测模块、量子信号探测模块、精跟踪信标产生模块、精跟踪信标探测模块、精跟踪信标收发模块及光学天线模块；

所述通信信号产生模块用于产生量子信号与偏振基矢信号；

所述通信信号收发模块用于将产生的量子信号/偏振基矢信号从光纤耦合到自由空间，并传输到光学天线模块；以及用于将光学天线模块接收的量子信号/偏振基矢信号从自由空间耦合到光纤，并传输到偏振基矢探测模块及量子信号探测模块；

所述偏振基矢探测模块用于对接收的偏振基矢信号进行探测；

所述量子信号探测模块用于对接收的量子信号进行偏振态检测；

所述通信信号接收选择模块用于对量子信号进行偏振基矢补偿，以及用于控制偏振基矢探测模块及量子信号探测模块进行探测模式之间的切换；

所述精跟踪信标产生模块用于产生精跟踪信标；

所述精跟踪信标探测模块用于对接收的精跟踪信标进行成像探测；

所述精跟踪信标收发模块在处于接收精跟踪信标模式时，接收光学天线模块接收的精跟踪信标并传输到精跟踪信标探测模块；当处于发射精跟踪信标模式时，用于将精跟踪信标产生模块产生的精跟踪信标传输到光学天线模块；

所述光学天线模块用于将通信信号收发模块与精跟踪信标收发模块传输的信号光发射到接收方；将接收方接收到的量子信号/偏振基矢信号传输到通信信号收发模块以及接收方接收到的精跟踪信标传输到精跟踪信标收发模块。

2.如权利要求1所述的一种用于飞行器的自由空间量子密钥分发系统，其特征在于，所述通信信号产生模块包括光纤激光器、第一光纤分束器、强度调制器、固定光衰减器、可变光衰减器、第二光纤分束器、光功率探测器、光纤耦合器及第一偏振调制器；

所述光纤激光器的输出与第一光纤分束器的输入端连接，所述第一光纤分束器的第一输出端口通过光纤依次连接第二光纤分束器和光功率探测器；所述第一光纤分束器的第二输出端口通过光纤依次顺序连接强度调制器、固定光衰减器、可变光衰减器、光纤耦合器及第一偏振调制器；所述第二光纤分束器又通过第一光开关与光纤耦合器连接。

3.如权利要求2所述的一种用于飞行器的自由空间量子密钥分发系统，其特征在于，所述通信信号收发模块包括光束整形器、激光扩束器、第一超窄带滤光片、光纤准直器和光纤环形器；

所述光纤环形器的第一端口与所述偏振调制器连接，所述光纤环形器的第二端口通过单模光纤与所述光纤准直器连接，所述光纤准直器又依次连接第一超窄带滤光片、激光扩束器和光束整形器。

4.如权利要求3所述的一种用于飞行器的自由空间量子密钥分发系统，其特征在于，所述通信信号接收选择模块包括第二偏振调制器和第二光开关，所述第二关开光具有第一输出端口和第二输出端口两个输出端口；

所述第二偏振调制器与所述光纤环形器的第三端口连接，所述第二光开关与所述第二偏振调制器连接。

5.如权利要求4所述的一种用于飞行器的自由空间量子密钥分发系统，其特征在于，所述偏振基矢探测模块包括检偏器、光放大器和光功率探测器；

所述检偏器与第二光开关的第一输出端口连接，所述检偏器又依次连接光放大器和光功率探测器。

6.如权利要求5所述的一种用于飞行器的自由空间量子密钥分发系统，其特征在于，所述量子信号探测模块包括第三光纤分束器、两个光纤偏振控制器，两个光纤偏振分束器和四个单光子探测器；

所述第三光纤分束器与所述第二光开关的第二输出端口连接，所述第三光纤分束器的两个输出端口分别依次连接一个光纤偏振控制器和光纤偏振分束器，一个光纤偏振分束器上连接有两个单光子探测器。