[发明专利]海水偏振量子密钥分配光学装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种适用于较短距离静止海水量子通信的海水偏振编码量子密钥分配装置，尤其涉及一种海水偏振量子密钥分配光学装置。

背景技术

国内外早已进行过基于光纤和自由空间的量子密钥分配实验。当前海水对潜通信主要使用蓝绿激光通信。量子通信效率高，量子信道中光量子的信息效率比经典信道中光子的效率要提高几十倍；具有窃听可知性，通信保密性好；无电磁波辐射，通信隐蔽性好，无论现有的探测系统对量子通信这种完全静默的通信方式是无能为力的。公开的资料显示目前国内尚无任何机构开展过基于海水的量子密钥分配研究。如果能将量子密码这一新技术应用在海水舰艇对潜通信上，可以实现更可靠和更保密的通信，具有重大的战略意义。

发明内容

本发明的目的在于针对上述现有技术的不足，提供一种能够适用海水量子通信的海水偏振量子密钥分配光学装置。

为实现上述技术目的，本发明采取的技术方案为：一种海水偏振量子密钥分配光学装置，包括发送端和接收端，发送端和接收端之间通过海水信道连接；其特征在于：

所述发送端包括第一光路、第二光路、第三光路、第四光路以及由中性密度滤光片和渐变密度中性滤光片组成的光衰减器ATT；

所述第一光路包括用于发出椭圆偏振光的第一激光器LD_H、第一四分之一拨片QP1、第一线偏振片P1和第一偏振不敏感高反射率介质反射镜R1； 

所述第二光路包括用于发出椭圆偏振光的第二激光器LD_V、第二四分之一拨片QP2合第二线偏振片P2；

所述第三光路包括用于发出椭圆偏振光的第一激光器LD_P、第三四分之一拨片QP3和第三线偏振片P3；

所述第四光路包括用于发出椭圆偏振光的第四激光器LD_M、第四四分之一拨片QP4、第四线偏振片P4和第四偏振不敏感高反射率介质反射镜R4；

还包括第一偏振无关分束晶体BS1、第二偏振无关分束晶体BS2、第三偏振无关分束晶体BS3和第二偏振不敏感高反射率介质反射镜R2；

第一激光器LD_H发出的椭圆偏振光依次经过第一四分之一拨片QP1和第一线偏振片P1后，通过第一偏振不敏感高反射率介质反射镜R1反射进第一偏振无关分束晶体ＢＳ１；

第二激光器LD_V发出的椭圆偏振光依次经过第二四分之一拨片QP2和第二线偏振片P2后，直接进入第一偏振无关分束晶体BS1；

第一光路发出的光束和第二光路发出的光束经过第一偏振无关分束晶体BS1后合成第一合成光束，第一合成光束通过第二偏振不敏感高反射率介质反射镜R2反射进第三偏振无关分束晶体BS3内；

第三激光器LD_P发出的椭圆偏振光依次经过第三四分之一拨片QP3和第三线偏振片P3后，直接进入第二偏振无关分束晶体BS2； 

第四激光器LD_M发出的椭圆偏振光依次经过第四四分之一拨片QP4和第四线偏振片P4后，通过第四偏振不敏感高反射率介质反射镜R4反射进第二偏振无关分束晶体BS2；

第三光路发出的光束和第四光路发出的光束经过第二偏振无关分束晶体BS2后合成第二合成光束，第二合成光束直接进入第三偏振无关分束晶体BS3内；

第三偏振无关分束晶体BS3将第一合成光束和第二合成光束合成总合成光束；总合成光束通过光衰减器ATT衰减后形成为0.1光子/脉冲的量子光；所述0.1光子/脉冲的量子光通过海水信道发送给接收端；

所述接收端包括第四偏振无关分束晶体BS4、第四偏振不敏感高反射率介质反射镜R4、用于检测水平偏振基的第一偏振检测装置和用于检测对角偏振基的第二偏振检测装置；所述第一偏振检测装置包括第一偏振分束晶体PBS1、用于检测水平偏振基的第一可见波段单光子探测器SPD_H和用于检测垂直偏振基的第二可见波段单光子探测器SPD_V；所述第二偏振检测装置包括第五四分之一拨片QP、第二偏振分束晶体PBS2、用于检测45°偏振基的第三可见波段单光子探测器SPD_P和用于检测-45°偏振基的第四可见波段单光子探测器SPD_M；

所述第四偏振无关分束晶体BS4接收通过海水信道发送过来的0.1光子/脉冲的量子光后，将0.1光子/脉冲的量子光形成强度相等的两束量子光束；其中一束量子光束直接进入第一偏振检测装置，另一束量子光束通过第四偏振不敏感高反射率介质反射镜R4反射后再通过第二偏振检测装置包括第五四分之一拨片QP进入第二偏振检测装置。