[实用新型]一种具备实时偏振补偿的自由空间量子通信装置

说明书

技术领域

本专利涉及一种具备实时偏振补偿的自由空间量子通信的装置，具体涉及 一种可以实时偏振补偿、具备2个方向360度扫描及跟踪功能且线偏振度保持 良好的量子通信装置及方法。

背景技术

随着对光的偏振性研究的加深，人们逐渐认识到偏振信息的广泛应用前 景，偏振技术也开始进入到实用化阶段。保密通信是一种让通信双方在绝密状 态下交换信息的传送方式，许多国家都非常重视保密通信的研究。量子通信技 术的研究紧扣国家安全重大需求问题，可望大幅度提高信息传输的安全性、信 息传输通道容量和效率等，是未来信息技术发展的重要战略性方向，并极有可 能引起诸多科学和技术领域的革命，对经济和社会的进步产生难以估量的影 响。近年来，量子通信研究进展迅速，远距离量子通信则成为了国际激烈竞争 的焦点。目前量子通信的技术手段主要包括：基于光纤通道、基于自由空间通 道的量子传输。但由于光纤材料的限制，光纤的损耗和退相干效应无法避免， 目前低损耗光纤的性能已经逼近理论极限，利用光纤在相距100公里以上的两 点建立量子信道变得非常困难。自由空间量子信道是当前实现远距离量子通信 实验的最为可行的方案之一，空间量子通信正处于从原理性研究走向实用化应 用的关键时期。如何突破距离的限制在更广域的范围内实现量子通信过程成为 摆在人们面前的难题，一旦取得突破将在整个量子通信研究领域产生极其深远 的影响。同时随着单光子探测技术的日趋成熟，高效率的单光子探测器已经在 技术上可以实现，单光子探测技术的发展导致单光子偏振应用领域的快速发 展，目前基于偏振编码的自由空间量子保密通信就是单光子偏振的一种重要应 用之一。

随着空间技术的发展以前选用的平面反射镜的伺服机构产生的缺点也越 来越明显，其中结构的伺服范围比较有限，不适合大角度扫描与跟踪而潜望式 伺服结构适合大范围的扫描和跟踪。(即一个进行方位全周扫描和跟踪，另一 个用俯仰全周扫描和跟踪。)在控制过程中两个方位可以单独控制使系统稳定 性增强。在反射镜选择过程中，因为镀膜的反射镜通常暴露在空气中使紫外线、 高能量辐射、高能量粒子等对膜系产生破坏从而改变偏振光的相位，而不能进 行良好的补偿，但是全反棱镜依靠材料本身特性,在辐照过程中不易产生变化 且具备全反射功能，所以选用全反棱镜。

发明内容

本专利的目的是提供一种具备实时偏振补偿的自由空间量子通信装置，提 出了一种通过全反棱镜的方位旋转变化来实现自由空间的偏振通讯传输与跟 踪，并且传递过程中不改变原偏振光的偏振度，此方法可以应用于各种波长量 子密钥发射模块的设计。

本专利方法的检测装置如附图1所示：装置包括量子密钥发射模块1、带 方位旋转跟踪电机2-2且可旋转360°的全反棱镜A2-1、带旋转电机的1/2波 片3、带俯仰旋转跟踪电机4-2且可旋转360°的全反棱镜B4-1。全反棱镜A2-1、 全反棱镜B4-1发生相对旋转时，带旋转电机的1/2波片3也进行相应旋转， 通过调节波片电机的角度来对全反棱镜A2-1、全反棱镜B4-1的相对角度变化 进行补偿。所述的量子密钥发射模块1的波长与最终器件的使用波长一致；所 述的带方位旋转跟踪电机2-2且可旋转360°的全反棱镜A2-1处于角度α入 射，带旋转电机的1/2波片3的使用波段覆盖量子密钥发射模块1的波长；所 述的带全反棱镜A2-1、全反棱镜B4-1的入射光角度大于arcsinn，n为材料 折射率。

该组合器件进行量子光通讯的方法具体步骤如下：