[发明专利]一种M-Z型轨道角动量纠缠密钥分发方法与网络系统

摘要

本发明公开了一种M‑Z型轨道角动量纠缠密钥分发方法与网络系统，包括Alice控制端、M‑Z型复用单元和Bob用户端。Alice控制端包括纠缠产生单元、调制单元和符合测量单元；M‑Z型复用单元包括第一复用模块和第二复用模块；Bob用户端包括Bob1和Bob2用户。纠缠产生单元产生携带奇偶拓扑荷OAM纠缠的闲置光和信号光,其中信号光依次经过第一复用模块、调制单元、符合测量单元；闲置光依次经过第二复用模块、Bob用户端最后和信号光在符合测量单元汇合进行密钥分配与共享。本发明利用携带光束旋转器的M‑Z干涉仪可以分离奇数和偶数OAM的特性，实现了基于OAM纠缠奇偶拓扑荷调制编解码的大容量一对二QKD网络通信系统，工程应用性广泛和可扩展性强。

主权项

1.一种M‑Z型轨道角动量纠缠密钥分发网络系统，包括Alice控制端、M‑Z型复用单元和Bob用户端，其特征在于：所述Alice控制端包括纠缠产生单元、调制单元和符合测量单元，所述纠缠产生单元包括泵浦光源LD、第一全反射镜和BBO晶体；所述M‑Z型复用单元包括第一复用模块和第二复用模块，其中第一复用模块包括第一分束器BS、第二分束器BS、第一光束旋转器BR和第二至第五共四个全反射镜；所述第二复用模块包括第三分束器BS、第四分束器BS、第二光束旋转器BR和第六至第九共四个全反射镜；所述Bob用户端包括Bob1和Bob2用户；所述泵浦光源LD产生泵浦激光脉冲，所述激光脉冲经第一全反射镜改变传播方向后输入到BBO晶体中，在所述BBO晶体参量下转换过程产生携带奇偶拓扑荷轨道角动量OAM纠缠态的信号光和闲置光并分成两光路：信号光路和闲置光路；所述信号光路路线：从所述BBO晶体输出的携带奇偶拓扑荷轨道角动量OAM纠缠态的激光脉冲依次输入到所述第二全反射镜，然后改变光路后进入到所述第一分束器BS，接着信号光以50：50的比例分成两束,其中一束信号光经过第四全反射镜改变传播方向后直接传输到第二分束器BS，另一束信号光经过第三全反射镜改变光路后经过第一光束旋转器BR也同时进入到第二分束器BS；所述两束信号光在所述第二分束器BS处发生干涉，干涉后出射的两束光分别进入到所述调制单元，最后进入到所述符合测量单元进行测量；所述闲置光路路线：从所述BBO晶体输出的携带奇偶拓扑荷轨道角动量OAM纠缠态的激光脉冲依次输入到所述第六全反射镜然后改变光路后进入到第三分束器BS，接着闲置光以50：50比例分成两束,其中一束闲置光经过第八全反射镜改变传播方向后直接传输到所述第四分束器BS，另一束闲置光经过第七全反射镜改变光路后经过第二光束旋转器BR也同时进入所述第四分束器BS；然后所述两束闲置光在所述第四分束器BS处发生干涉，干涉后出射的两束光分别进入到Bob用户端，最后与所述信号光一起进入到所述符合测量单元进行测量；所述Bob1用户用于对轨道角动量OAM拓扑荷为奇数的闲置光携带的轨道角动量OAM进行调制，加载编码信息，并将编码信息发送给符合测量单元；所述Bob2用户用于对轨道角动量OAM拓扑荷为偶数的闲置光携带的轨道角动量OAM进行调制，加载编码信息，并将编码信息发送给符合测量单元。