[发明专利]用于量子密钥分发的片上高速偏振控制编码器

说明书

一种用于量子密钥分发的硅基片上高速偏振控制编码器，包括：一偏振分束旋转器，其输入端与一输入波导连接；一第一1×4光分束，其输入端与偏振分束旋转器的输出端口1连接；一第一相位延迟器、一第二相位延迟器、一第三相位延迟器和一第四相位延迟器，其四路相位延迟器的一端与第一1×4光分束的输出端连接，另一端分别连接有一第一可调光衰减器；一第二1×4合束器，其输入端与第一1×4光分束之后的第一可调光衰减器的另一端连接；一偏振合束器，其输入端口1与第二1×4合束器的输出端连接，其输入端口2通过一第二可调光衰减器与偏振分束旋转器的输出端口2连接。

技术领域

本发明涉及量子通信与集成光学技术领域，尤其涉及一种量子密钥分发所需要的片上高速偏振控制编码器。

背景技术

现在的互联网信息安全的加密方式称为“公开密钥”密码体系，其原理是通过加密算法，生成网络上传播的公开密钥，以及留在计算机内部的私人密钥，两个密钥必须配合使用才能实现完整的加密和解密过程。现代密码学使用的加密标准是20世纪70年代诞生的RSA算法，即利用大数的质因子分解难以计算来保证密钥的安全性。随着计算能力的不断提升，特别是量子计算机概念的提出，RSA的安全性受到了挑战。量子密码是量子力学和密码学相结合的产物，它解决了经典密码体制的密钥分配的难题。量子密码的安全性由量子力学基本原理——测不准原理和单量子态不可克隆定理保证，所以在密钥分配过程中，公开信道中的数据不必担心被窃听。它是目前科学界公认唯一能实现绝对安全的通信方式，从而各国相继开展了研究并取得了巨大成功。1984年，物理学家Bennett和密码学家Brassard提出了基于量子力学测量原理的“量子密钥分配”BB84协议，被广泛的研究和实际实现，但仍有许多问题在探索阶段，尚未实现大规模实用化，离商业化应用则有更大的距离。

目前公认的量子密钥分发装置主要是基于传统的分立光学棱镜或光纤器件，体积大，难以集成，成本高，不利于大规模的商业化。

随着硅基光子学的发展，分立光学器件的功能逐渐可在片上实现，从而方便集成，同时利用成熟的硅器件加工平台，可以实现大规模低成本的量产。于是人们开始尝试将量子密钥分发装置所需的器件和子系统集成在片上。其中核心的偏振控制编码器需要制备不同光的偏振态，然而因为硅材料没有线性电光效应，调制折射率来实现相位延迟主要是依靠热光效应和等离子色散效应，热光效应速度慢，难以实现高速的调制，等离子色散效应相对弱的多，实现较大的相位延迟困难，且会同时引入额外的损耗，因而很难实现高速的片上偏振控制编码器。

发明内容

有鉴于此，本发明的主要目的在于，提供一种用于量子密钥分发的片上高速偏振控制编码器，其是利用硅的热光效应较大，可以实现大的相位变化来设计相位延迟器和硅材料的等离子色散效应可实现快速的调制的特性实现高速的光衰减器，通过其他器件的结合从而可实现一种片上的硅基高速偏振控制编码器。

为达到上述目的，本发明提供一种用于量子密钥分发的硅基片上高速偏振控制编码器，包括：

一偏振分束旋转器，其输入端与一输入波导连接；

一第一1×4光分束，其输入端与偏振分束旋转器的输出端口1连接；

一第一相位延迟器、一第二相位延迟器、一第三相位延迟器和一第四相位延迟器，其四路相位延迟器的一端与第一1×4光分束的输出端连接，另一端分别连接有一第一可调光衰减器；

一第二1×4合束器，其输入端与第一1×4光分束之后的第一可调光衰减器的另一端连接，用于将输入的单路光分成等光强的四束或将四束输入合成为一束；

一偏振合束器，其输入端口1与第二1×4合束器的输出端连接，其输入端口2通过一第二可调光衰减器与偏振分束旋转器的输出端口2连接，用于将两路偏振方向正交的光合成为一束输出，该偏振合束器的输出端与一输出波导连接。