[发明专利]基于硅光子集成芯片的CVQKD系统及方法

权利要求书

1.一种基于硅光子集成芯片的CVQKD系统，其特征在于包括光源处理部分、量子密钥发射端、光纤信道和量子密钥接收端；光源处理部分将光源发出的信号耦合处理后分为信号光和本振光，信号光发送到量子密钥发射端，本振光发送到量子密钥接收端，同时量子密钥发射端将信号处理后通过光纤信道将信号发送到量子密钥接收端；量子密钥发射端将信号光进行调制并过滤，解调并采样之后生成高斯密钥，高斯密钥通过耦合后经过光纤信道发射到量子密钥接收端；量子密钥接收端对光纤信道输出的光信号进行处理，同时将调制后的本振光进行零差检测；量子密钥发射端和量子密钥输出端均利用硅光子集成技术集成在同一片硅基光子芯片上；

所述的光源处理部分包括光源、锥形耦合器和第一分束器；光源连接锥形耦合器的输入端，锥形耦合器的输出端连接第一分束器的输入端，第一分束器的输出端分别连接量子密钥发射端和量子密钥接收端；光源输出连续光波；连续光波通过锥形耦合器进行耦合；耦合后的连续光波再通过第一分束器以1:99分成两束，其中1％的一束的为信号光，99％的一束为本振光，且信号光输出到量子密钥发射端，本振光输出到量子密钥接收端；

所述的量子密钥发射端包括第二分束器、第一幅度调制器、热光移相器、第二幅度调制器、第三分束器、第三幅度调制器、第一相位调制器、滤波器和第一二维光栅耦合器；第二分束器接收第一分束器发出的信号光；第二分束器的第一输出端连接第一幅度调制器，第二分束器的第二输出端连接第二幅度调制器；第一幅度调制器串接热光移相器后连接第三分束器的第一输入端；第二幅度调制器的输出端连接第三分束器的第二输入端；第三分束器的输出端依次串接第三幅度调制器、第一相位调制器和滤波器后连接第一二维光栅耦合器的输入端，第一二维光栅耦合器的输出端为量子密钥发射端的输出端；第二分束器将接收的信号光分为两束，一束发射到第一幅度调制器，另一束发射到第二幅度调制器；第一幅度调制器、第二幅度调制器和热光移相器组成IQ调制器；第一幅度调制器和第二幅度调制器组成双平行马赫增德调制器，热光移相器则通过施加直流电压产生相位差，用于执行相位调制；经过IQ调制后的光信号通过第三幅度调制器进行幅度调制，再通过第一相位调制器进行相位调制；滤波器将光信号进行过滤，解调并采样后生成高斯密钥；高斯密钥通过第一二维光栅耦合器耦合为耦合高斯密钥，耦合高斯密钥通过光纤信道传输至量子密钥接收端；

所述的量子密钥接收端包括第二相位调制器、衰减器、第四分束器、偏振控制器、第二二维光栅耦合器和零拍探测器；第二相位调制器的输入端连接第一分束器，第二相位调制器串接衰减器后连接第四分束器的第一输入端；偏振控制器接收光纤信道发射的耦合高斯密钥，偏振控制器的输出端串接第二二维光栅耦合器后连接第四分束器的第二输入端；第四分束器的输出端连接零拍探测器；第二相位调制器对第一分束器发射的本振光进行相位调制输出子本振光；衰减器对子本振光进行相对衰减输出孙本振光；偏振控制器补充光纤信道发射的耦合高斯密钥偏振方向的偏转；第二二维光栅耦合器用于将偏正控制器输出的光信号耦合到硅波导中；经过第二二维光栅耦合器处理过的信号光和经过调制处理的孙本振光在第四分束器的作用下分成两路，并由零拍探测器进行零差检测。

2.根据权利要求1所述的基于硅光子集成芯片的CVQKD系统，其特征在于所述的光源采用型号为TSL-510的可调谐激光器。

3.根据权利要求2所述的基于硅光子集成芯片的CVQKD系统，其特征在于所述的零拍探测器包括50:50分束器、第一光电二极管和第二光电二极管；50:50分束器将信号分别发送到第一光电二极管和第二光电二极管中进行零差检测。

4.一种权利要求1～3之一所述的基于硅光子集成芯片的CVQKD系统的方法，其特征在于包括如下步骤：

S1.光源处理部分将光源发出的信号耦合处理后分发为信号光和本振光，信号光发送到量子密钥发射端，本振光发送到量子密钥接收端；

S2.量子密钥发射端将信号光进行调制并过滤，解调并采样之后生成高斯密钥，高斯密钥经过耦合后发送到光纤信道中；

S3.光纤信道将量子密钥发射端发射的光信号发送到量子密钥接收端；

S4.量子密钥接收端对光纤信道输出的光信号进行处理，同时将调制后的本振光进行零差检测。