專利名稱：量子密鑰分布的自由空間多通道發(fā)射和接收系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及自由空間中的量子密鑰分布傳輸，提出了一種基于偏振編碼的多通道光量子發(fā)射系統(tǒng)和基于偏振解碼的多通道光接收系統(tǒng)，發(fā)揮了自由空間的三維自由度和空間復(fù)用的特點(diǎn)，因此能實(shí)現(xiàn)多種量子密鑰分配協(xié)議和多正交偏振基的協(xié)議，結(jié)構(gòu)上具有損耗低和模塊化集成組裝的優(yōu)點(diǎn)，能夠大大提高量子密鑰傳布的效率。
背景技術(shù)：
目前量子密鑰分配的通信方案廣泛采用的是BB84協(xié)議和B92協(xié)議(見(jiàn)1.Bennett，C.H.，Brassard，G.，Proceedings of IEEE International Conference onComputers，Systems and Processing，Bangalore，1984(New YorkIEEE)；2.Bennett，C.H.，Phys Rev Lett，1992，68(21)3121-3124)，其它重要的還有糾纏光子關(guān)聯(lián)對(duì)協(xié)議和m位偏振編碼協(xié)議等(3.A.K.Ekert，Phys Rev Lett，1991，67(6)661-663；4.H.P.Yuan，in Quantum Communications，Computations andMeasurements III，Plenum Press，2001)。此外還包括正交態(tài)密碼，相干態(tài)密碼，最大糾纏態(tài)量子密碼，信道編碼等等協(xié)議，但是這些協(xié)議的安全性研究遠(yuǎn)沒(méi)有BB84協(xié)議充分，而且在現(xiàn)有的實(shí)驗(yàn)條件下實(shí)現(xiàn)有困難。
偏振編碼BB84協(xié)議是最普遍使用和最重要的量子密鑰分布實(shí)現(xiàn)方法，下面以四個(gè)非正交偏振態(tài)編碼的BB84協(xié)議為例說(shuō)明光學(xué)實(shí)現(xiàn)方法的特點(diǎn)。發(fā)射終端采用四個(gè)單光子發(fā)射的激光器，并且采用以45°夾角的兩組正交偏振方向進(jìn)行光源發(fā)射光束的偏振態(tài)編碼，然后采用偏振復(fù)用原理提高偏振棱鏡和分光棱鏡將四束光束合并成為一束并通過(guò)光學(xué)耦合器聚焦入射進(jìn)入傳輸光纖。在光纖的另外一端的接收終端采用偏振解復(fù)用的概念，首先通過(guò)分光棱鏡將出射光束分為兩束然后再通過(guò)成45°夾角的兩個(gè)偏振棱鏡分為兩個(gè)正交偏振基的四束輸出偏振光束，最后被光子計(jì)數(shù)探測(cè)器接收。(5.C.H.Bennett，J.Cryptol.，1992，53；6.A.Muller，H.Zbinden，N.Gisin，Europhy Lett，1996，33(5)335-339；7.P.A.Hiskett，G.Bonfrate，G.S.Buller，et al.，J.Mod.Opt，2001，48(13)1957-1966)。由此可見(jiàn)，由于采用光纖進(jìn)行光子傳輸，光束只可能在光纖中進(jìn)行一維方向的傳播，空間自由度低而無(wú)空間復(fù)用的優(yōu)點(diǎn)。由于只采用了偏振編碼，其復(fù)用度很低，在光學(xué)結(jié)構(gòu)上為了實(shí)現(xiàn)四路偏振光束的合并或者分解都需要采用普通的非偏振的分光元件，引入了附加的能量損失，因此對(duì)于更多路的偏振光束的合并或者分解將引入很大的損耗，效率極低，所以對(duì)于偏振編碼的多正交基量子密鑰協(xié)議如偏振編碼m位協(xié)議等在光學(xué)實(shí)現(xiàn)上幾乎不可能，實(shí)驗(yàn)上偏振編碼m位協(xié)議只顯示了一對(duì)共軛偏振態(tài)的設(shè)計(jì)和實(shí)驗(yàn)結(jié)果。光纖傳輸?shù)钠渌鞣N協(xié)議的光學(xué)實(shí)現(xiàn)也存在類似的問(wèn)題，如采用Mach-Zehnder干涉儀相位編碼的B92協(xié)議方法。(8.A.Ekert，Nature，1992，35814-15；9.C.Marand，P.D.Townsend，Opt Lett，1995，20(16)1695-1697；9.E.Cordorf，G.Barbosa，C.Liang，H.P.Yuan，P.Kumar，Opt Lett，28(21)，2040-2042)。
自由空間量子密鑰分布特別是通過(guò)衛(wèi)星的量子密鑰分布是繼光纖傳輸之后的重要應(yīng)用領(lǐng)域，在自由空間量子密鑰分布系統(tǒng)中常用的也是偏振編碼的BB84量子密鑰協(xié)議，在發(fā)射終端也采用偏振棱鏡和分光鏡將四個(gè)偏振光束合并成一個(gè)光束的技術(shù)方案，但通過(guò)發(fā)射望遠(yuǎn)鏡向接收終端方向發(fā)射出去。在接收端通過(guò)望遠(yuǎn)鏡接收并形成一個(gè)光束，然后同樣通過(guò)分光鏡和偏振棱鏡分解為四束偏振光。(10.B.C.Jacobs，J.D.Franson，Opt Lett，1996，21(22)1854-1856；11.J.G.Rarity，P.R.Tapster，P.M.Gorman，et al，J.Mod.Opt，2001，48(13)1887-1901；12.R.J.Hughes，J.E.Nordholt，D.Derkacs，et al，New J.Phys.2002，4 43；13.J.G.Rarity，P.R.Tapster，P.M.Gorman，P.Knight，New J.Phys，4，82.1-82.21，2002)?？梢?jiàn)在自由空間量子密鑰分布方法中，雖然光束通過(guò)自由空間傳輸，但是并沒(méi)有利用自由空間三維傳輸和空間復(fù)用的特點(diǎn)來(lái)提高系統(tǒng)的性能和改進(jìn)量子密鑰協(xié)議，在用光纖傳輸量子密鑰中存在的上述的各種問(wèn)題也因此而同樣存在。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種量子密鑰分布的自由空間多通道發(fā)射和接收系統(tǒng)，它發(fā)揮了自由空間的三維自由度和空間三維復(fù)用的特點(diǎn)，采用正交偏振的復(fù)用結(jié)構(gòu)，可以直接應(yīng)用于基于偏振編碼的量子密鑰分布系統(tǒng)。
本發(fā)明的技術(shù)解決方案如下一種量子密鑰分布的自由空間多通道發(fā)射和接收系統(tǒng)，它由多通道發(fā)射終端和多通道接收終端構(gòu)成，該多通道發(fā)射終端由M個(gè)發(fā)送單元(M≥1)組成，其成一維或二維排列；該多通道接收終端由N個(gè)接收單元(N≥1)組成，其成一維或二維排列。
所述的M＝N。
所述的發(fā)送單元的構(gòu)成按光束前進(jìn)的方向，第一光路依次經(jīng)第一量子光源、第一光源準(zhǔn)直光學(xué)組件射向第一偏振棱鏡，第二光路依次由第二量子光源、第二光源準(zhǔn)直光學(xué)組件射向第一偏振棱鏡，在該第一偏振棱鏡輸出光路是由發(fā)射望遠(yuǎn)鏡目鏡和發(fā)射望遠(yuǎn)鏡物鏡組成發(fā)射望遠(yuǎn)鏡，所有上述元件安裝在發(fā)射單元鏡座內(nèi)，并且第一量子光源的偏振態(tài)與第二量子光源的偏振態(tài)正交并與偏振棱鏡的偏振合并光束的偏振方向一致。
在所述的第一光源準(zhǔn)直光學(xué)組件和第一偏振棱鏡之間還有第一偏振器；在第二光源準(zhǔn)直光學(xué)組件和第一偏振棱鏡之間還有第二偏振器。
在所述的第一偏振棱鏡和發(fā)射望遠(yuǎn)鏡目鏡之間還設(shè)有第一偏振方向旋轉(zhuǎn)器和第一波片。
所述的接收單元的結(jié)構(gòu)，由接收望遠(yuǎn)鏡物鏡、接收望遠(yuǎn)鏡目鏡、第二偏振棱鏡構(gòu)成，之后一路光通過(guò)第一會(huì)聚透鏡由第一光電探測(cè)器探測(cè)，另一路光通過(guò)第二會(huì)聚透鏡由第二光電探測(cè)器探測(cè)，所有上述元件安裝在接收單元鏡座內(nèi)，所述的接收單元鏡座相對(duì)于安裝基地具有轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)。
在所述接收望遠(yuǎn)鏡物鏡和接收望遠(yuǎn)鏡目鏡之間設(shè)有視場(chǎng)光欄。
在所述接收系統(tǒng)的接收望遠(yuǎn)鏡目鏡和第二偏振棱鏡之間設(shè)有窄帶濾光器，第二波片和第二偏振方向旋轉(zhuǎn)器。
所述的第一波片和第二波片為四分之一波片。
所述的第一偏振方向旋轉(zhuǎn)器和第二偏振方向旋轉(zhuǎn)器是晶體旋光器，或半波片。
本發(fā)明是基于空間復(fù)用而提出的自由空間多通道的發(fā)射系統(tǒng)和接收系統(tǒng)，發(fā)揮了自由空間的三維自由度和空間三維復(fù)用的特點(diǎn)，采用正交偏振的復(fù)用結(jié)構(gòu)，可以直接應(yīng)用于基于偏振編碼的量子密鑰分布系統(tǒng)。


圖1是本發(fā)明系統(tǒng)總體光路示意圖圖2是本發(fā)明發(fā)射單元最佳實(shí)施李結(jié)構(gòu)示意圖圖3是本發(fā)明接收單元最佳實(shí)施例結(jié)構(gòu)示意圖圖4是本發(fā)明實(shí)施例，即雙通道偏振復(fù)用發(fā)射終端和雙通道偏振解復(fù)用接收終端的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖中1-多通道發(fā)射終端，11.1-第一量子光源，11.2-第一光源準(zhǔn)直光學(xué)組件，11.3-第一偏振器，11.4-第二量子光源，11.5-第二光源準(zhǔn)直光學(xué)組件，11.6-第二偏振器，11.7-第一偏振棱鏡，11.8-第一偏振方向旋轉(zhuǎn)器，11.9-第一波片，11.10-發(fā)射望遠(yuǎn)鏡目鏡，11.11-發(fā)射望遠(yuǎn)鏡物鏡，11.12-發(fā)射單元鏡座。
2-多通道接收終端，21.1-接收望遠(yuǎn)鏡物鏡，21.2-視場(chǎng)光欄，21.3-接收望遠(yuǎn)鏡目鏡，21.4-窄帶濾光器，21.5-第二波片，21.6-第二偏振方向旋轉(zhuǎn)器，21.7-第二偏振棱鏡，21.8-第一會(huì)聚透鏡，21.9-第一光電探測(cè)器，21.10-第二會(huì)聚透鏡，21.11-第二光電探測(cè)器，21.12-發(fā)射單元鏡座。
1’-雙通道發(fā)射終端，2’-雙通道接收終端。
具體實(shí)施例方式下面通過(guò)實(shí)施例并結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明。但不應(yīng)以此限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。先請(qǐng)參閱圖1，圖1是本發(fā)明系統(tǒng)總體光路示意圖，從多通道發(fā)射終端1發(fā)射的量子信息經(jīng)過(guò)自由空間傳播后被多通道接收終端2接收。多通道發(fā)射終端1由M個(gè)發(fā)送單元11，12，13，...，1(M-1)，1M；M≥1組成，其成一維或二維排列。多通道接收終端2由N個(gè)接收單元21，22，23，...，2(N-1)，2N；N≥1組成，其成一維或二維排列。一般情況下，M＝N。
所述的發(fā)送單元的結(jié)構(gòu)相同，現(xiàn)以發(fā)送單元11為例來(lái)說(shuō)明，發(fā)送單元11示意圖見(jiàn)于圖2，其工作過(guò)程如下第一量子光源11.1發(fā)出的光束經(jīng)過(guò)第一光源準(zhǔn)直光學(xué)組件11.2和第一偏振器11.3后射向第一偏振棱鏡11.7，第二量子光源11.4發(fā)出的光束經(jīng)過(guò)第二光源準(zhǔn)直光學(xué)組件11.5和第二偏振器11.6后也射向第一偏振棱鏡11.7，兩光束經(jīng)第一偏振棱鏡11.7合并后成為一束具有正交偏振基的光束，隨后通過(guò)第一步偏振方向旋轉(zhuǎn)器11.8轉(zhuǎn)動(dòng)正交偏振態(tài)再通過(guò)第一波片11.9將線性偏振態(tài)轉(zhuǎn)換為橢圓偏振，最后通過(guò)由發(fā)射望遠(yuǎn)鏡目鏡11.10和發(fā)射望遠(yuǎn)鏡物鏡11.11組成的發(fā)射望遠(yuǎn)鏡，將光束射向接收終端，所有上述元件安裝在發(fā)射單元鏡座11.12內(nèi)。
當(dāng)?shù)谝涣孔庸庠?1.1或第二量子光源11.4有良好的偏振度時(shí)，第一偏振器11.3或第二偏振器11.6可以不用。第一量子光源11.1的偏振態(tài)與第二量子光源11.4的偏振態(tài)必須正交，并必須與第一偏振棱鏡11.7的偏振合并光束的偏振方向一致，第一偏振棱鏡11.7也可以是其它各種具有正交偏振光束合并性能的偏振光學(xué)元件，第一偏振方向旋轉(zhuǎn)器11.8可以是晶體旋光器或者半波片，第一波片11.9一般為四分之一波片，其在不需要橢圓偏振編碼時(shí)應(yīng)當(dāng)不用。發(fā)射單元鏡座11.12相對(duì)于安裝基地轉(zhuǎn)動(dòng)α角度，第一偏振方向旋轉(zhuǎn)器11.8的作用和發(fā)射單元鏡座11.12的轉(zhuǎn)動(dòng)都是為了對(duì)本發(fā)送單元11的正交偏振編碼基產(chǎn)生一個(gè)偏振方向預(yù)偏置角度，這個(gè)角度可以單獨(dú)使用第一偏振方向旋轉(zhuǎn)器11.8或者發(fā)射單元鏡座11.12產(chǎn)生，也可以聯(lián)合產(chǎn)生。
所有接收單元的結(jié)構(gòu)相同，現(xiàn)以接收單元21為例加以說(shuō)明，圖3是本發(fā)明接收單元最佳實(shí)施例結(jié)構(gòu)示意圖，其結(jié)構(gòu)和工作原理是從發(fā)射終端1來(lái)的光束通過(guò)由接收望遠(yuǎn)鏡物鏡21.1，視場(chǎng)光欄21.2和接收望遠(yuǎn)鏡目鏡21.3接收，并經(jīng)過(guò)窄帶濾光器21.4，第二波片21.5和第二偏振方向旋轉(zhuǎn)器21.6射向第二偏振棱鏡21.7，第二波片21.5用于將橢圓偏振態(tài)轉(zhuǎn)換為線性偏振態(tài)，而第二偏振棱鏡21.7將光束分光成為兩路，一路通過(guò)會(huì)第一聚透鏡21.8由第一光電探測(cè)器21.9探測(cè)，另外一路通過(guò)會(huì)第二聚透鏡21.10由第二光電探測(cè)器21.11探測(cè)，所有上述元件安裝在接收單元鏡座21.12內(nèi)。第二波片21.5一般為四分之一波片，其在不需要橢圓偏振編碼時(shí)應(yīng)當(dāng)不用，第二偏振方向旋轉(zhuǎn)器21.6可以是晶體旋光器或者半波片，第二偏振棱鏡21.7也可以是其它各種具有正交偏振光束合并性能的偏振光學(xué)元件。接收單元鏡座21.12相對(duì)于安裝基地轉(zhuǎn)動(dòng)β角度，第二偏振方向旋轉(zhuǎn)器21.6的作用和發(fā)射單元鏡座21.12的轉(zhuǎn)動(dòng)都是為了對(duì)本發(fā)送單元的正交偏振編碼基產(chǎn)生一個(gè)偏振方向預(yù)偏置角度，這個(gè)角度可以單獨(dú)使用第二偏振方向旋轉(zhuǎn)器21.6或者接收單元鏡座21.12產(chǎn)生，也可以聯(lián)合產(chǎn)生。視場(chǎng)光欄21.2用于限制背景噪音，窄帶濾光器21.4用于限制光譜噪音。
設(shè)發(fā)射終端1中的發(fā)射單元M的望遠(yuǎn)鏡物鏡的直徑為ds，發(fā)射終端由M個(gè)發(fā)射單元發(fā)射望遠(yuǎn)鏡排列而成，其等效的最大發(fā)射尺寸為Ds。接收終端2由N個(gè)接收單元接收望遠(yuǎn)鏡排列而成，其單元口徑為dr，而等效的最大接收口徑為Dr。光源波長(zhǎng)為λ。根據(jù)口徑受限的光學(xué)衍射極限原理，發(fā)射終端的最小可能的光束發(fā)散度(全角)θs為θS=2.44λdS.----(1)]]>因此為了保證使得在發(fā)射終端1中的每一個(gè)發(fā)射單元11的光波都能夠覆蓋接收終端2中的每一個(gè)接收單元21的望遠(yuǎn)鏡，其必要條件是θsL≥Dr，(2)其中L為發(fā)射終端1和接收終端2之間的距離。
接收終端2的接收單元21包含視場(chǎng)光欄21.2，設(shè)其直徑為dv，接收望遠(yuǎn)鏡物鏡21.1的焦距為fr。為了使得接收終端2的每一個(gè)接收單元21都能夠接收到發(fā)射終端1每一個(gè)發(fā)射單元11發(fā)出的光波，其必要條件是Ldvfr≥Ds.----(3)]]>在圖2所示的發(fā)射單元中可以不采用兩個(gè)光源的正交偏振光的偏振復(fù)用，即取消量子光源11.4，第二光源準(zhǔn)直光學(xué)組件11.5，第二偏振器11.6和第一偏振棱鏡11.7，使發(fā)射單元11只發(fā)射一個(gè)偏振光源，然后在總體上用這樣兩個(gè)偏振方向正交的單偏振發(fā)射單元來(lái)替代一個(gè)偏振復(fù)用的發(fā)射單元。在圖3所示的接收單元中可以不采用兩個(gè)入射正交偏振光的偏振解復(fù)用，即取消偏振棱鏡21.7，第二會(huì)聚透鏡21.10和第二光電探測(cè)器21.11，使接收單元只有一個(gè)偏振接收器，然后在總體上用這樣兩個(gè)偏振方向正交的單偏振接收單元來(lái)替代一個(gè)偏振解復(fù)用的接收單元。
從發(fā)射終端到接收終端光子傳輸?shù)墓庾釉矗鈱W(xué)系統(tǒng)能量衰減，幾何傳播損失，探測(cè)器靈敏度等等問(wèn)題以及對(duì)于通信或者密鑰分布的性能的影響考慮屬于傳統(tǒng)算法并已基本解決(見(jiàn)參考文獻(xiàn)13)。
當(dāng)偏振編碼多通道光學(xué)體系結(jié)構(gòu)用于量子密鑰分布時(shí)，能夠有效地降低系統(tǒng)損耗而增加作用距離，能夠適合于多種量子密鑰協(xié)議而具有通用性，特別是能夠適用于多正交基的密鑰協(xié)議而能絕大地增加量子密鑰傳輸效率和傳布距離，這些可以解決或者減輕量子密鑰傳播中的關(guān)鍵困難問(wèn)題，如多偏振正交基協(xié)議還沒(méi)有現(xiàn)實(shí)是實(shí)施方案。偏振復(fù)用多通道光學(xué)體系在結(jié)構(gòu)上采用模塊化集成組裝方式，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單可靠能夠減少發(fā)射系統(tǒng)和接收系統(tǒng)中的光學(xué)和機(jī)械復(fù)雜性，相當(dāng)于先前方法減少了光學(xué)元件特別是取消了至少有50％能量損失的發(fā)射終端中的光束合并器和接收終端中的光束分束器提高了效率。多通道光學(xué)體系結(jié)構(gòu)用于同時(shí)實(shí)現(xiàn)自由空間密鑰傳布和激光通信時(shí)，可以絕大地提高通信速率，也可用更有效地實(shí)現(xiàn)保密通信，特別是多通道光學(xué)結(jié)構(gòu)的各通道可以承擔(dān)不同的功能，如激光通信，光學(xué)捕獲和粗跟蹤，或者精密光學(xué)跟蹤，這時(shí)能夠大大地提高空間激光通信終端的性能。
假設(shè)從低軌衛(wèi)星向地面?zhèn)鞑チ孔用荑€，星地距離為200km，采用BB84密鑰傳播協(xié)議。采用圖4所示的實(shí)施例，即用于偏振編碼BB84協(xié)議的雙通道系統(tǒng)光路示意圖BB84方案采用的是45°相交的兩組正交偏振基，因此發(fā)射終端和接收終端均為2通道復(fù)用，即M＝N＝2。發(fā)射單元和接收單元的偏振方向的45°預(yù)偏置角度都單獨(dú)使用單元鏡座旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生，因此發(fā)射終端和接收終端都不需要偏振方向旋轉(zhuǎn)器和轉(zhuǎn)換橢圓偏振態(tài)的波片。第一量子光源11.1和第二量子光源11.4均采用800nm波長(zhǎng)的準(zhǔn)單光子半導(dǎo)體激光二極管，由于本身有很好的偏振度，因此在發(fā)射單元中不使用第一偏振器11.3和第二偏振器11.6。
設(shè)計(jì)發(fā)射單元11的發(fā)射望遠(yuǎn)鏡物鏡11.11口徑為φ100mm，則衍射極限發(fā)射角約為20μrad，而發(fā)射終端1的最大等效發(fā)射尺寸為200mm。設(shè)接收終端2的接收單元21的望遠(yuǎn)鏡物鏡21.1的口徑為φ200mm，焦距600mm，視場(chǎng)光欄21.2的口徑φ0.036mm，則接收終端2的接收單元21的視場(chǎng)角為60μrad，而等效最大接收口徑約為400mm，。因此根據(jù)公式(1)-(3)的計(jì)算，發(fā)射光束在接收終端2的覆蓋面的直徑為φ4M，大于接收終端的等效最大接收口徑400mm；發(fā)射單元的視場(chǎng)相當(dāng)于接收端的可以接收面積的尺寸為φ12M，大于發(fā)射終端的等效最大發(fā)射尺寸200mm。
為簡(jiǎn)化系統(tǒng)，并使發(fā)射單元和接收單元內(nèi)的相同作用的光學(xué)元件結(jié)構(gòu)尺寸完全相同，在發(fā)射單元和接收單元內(nèi)傳輸?shù)闹欣^平行光束的直徑均設(shè)計(jì)為口徑φ8mm，因此發(fā)射單元的望遠(yuǎn)鏡的放大倍率為12.5，接收單元的望遠(yuǎn)鏡的放大倍率為25。
權(quán)利要求
1.一種量子密鑰分布的自由空間多通道發(fā)射和接收系統(tǒng)，其特征在于它由多通道發(fā)射終端(1)和多通道接收終端(2)構(gòu)成，該多通道發(fā)射終端(1)由M個(gè)發(fā)送單元(1.1，1.2，1.3，…，1.M-1，1.M；M≥1)組成，其成一維或二維排列；該多通道接收終端(2)由N個(gè)接收單元(2.1，2.2，2.3，…，2.N-1，2.N；N≥1)組成，其成一維或二維排列。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的量子密鑰分布的自由空間多通道發(fā)射和接收系統(tǒng)，其特征在于所述的M＝N。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的量子密鑰分布的自由空間多通道發(fā)射和接收系統(tǒng)，其特征在于所述的發(fā)送單元(11)的構(gòu)成按光束前進(jìn)的方向，第一光路依次經(jīng)第一量子光源(11.1)和第一光源準(zhǔn)直光學(xué)組件(11.2)射向第一偏振棱鏡(11.7)，第二光路依次由第二量子光源(11.4)經(jīng)第二光源準(zhǔn)直光學(xué)組件(11.5)射向第一偏振棱鏡(11.7)，在第一偏振棱鏡(11.7)輸出的光路是由發(fā)射望遠(yuǎn)鏡目鏡(11.10)和發(fā)射望遠(yuǎn)鏡物鏡(11.11)組成的發(fā)射望遠(yuǎn)鏡，所有上述元件安裝在發(fā)射單元鏡座(11.12)內(nèi)，并且第一量子光源(11.1)的偏振態(tài)與第二量子光源(11.4)的偏振態(tài)正交并與經(jīng)第一偏振棱鏡(11.7)的偏振合并光束的偏振方向一致。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的量子密鑰分布的自由空間多通道發(fā)射和接收系統(tǒng)，其特征在于在所述的第一光源準(zhǔn)直光學(xué)組件(11.2)和第一偏振棱鏡(11.7)之間還有第一偏振器(11.3)；在第二光源準(zhǔn)直光學(xué)組件(11.5)和第一偏振棱鏡(11.7)之間還有第二偏振器(11.6)。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的量子密鑰分布的自由空間多通道發(fā)射和接收系統(tǒng)，其特征在于在所述的第一偏振棱鏡(11.7)和發(fā)射望遠(yuǎn)鏡目鏡(11.10)之間還設(shè)有第一偏振方向旋轉(zhuǎn)器(11.8)和第一波片(11.9)。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的量子密鑰分布的自由空間多通道發(fā)射和接收系統(tǒng)，其特征在于在所述的接收單元(21)的結(jié)構(gòu)，由接收望遠(yuǎn)鏡物鏡(21.1)、接收望遠(yuǎn)鏡目鏡(21.3)、第二偏振棱鏡(21.7)構(gòu)成，之后一路光通過(guò)第一會(huì)聚透鏡(21.8)由第一光電探測(cè)器(21.9)探測(cè)，另一路光通過(guò)第二會(huì)聚透鏡(21.10)由第二光電探測(cè)器(21.11)探測(cè)，所有上述元件安裝在接收單元鏡座(21.12)內(nèi)，所述的接收單元鏡座(21.12)相對(duì)于安裝基地具有轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的量子密鑰分布的自由空間多通道發(fā)射和接收系統(tǒng)，其特征在于在所述的在接收望遠(yuǎn)鏡物鏡(21.1)和接收望遠(yuǎn)鏡目鏡(21.3)之間設(shè)有視場(chǎng)光欄(21.2)。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的量子密鑰分布的自由空間多通道發(fā)射和接收系統(tǒng)，其特征在于在所述的接收望遠(yuǎn)鏡目鏡(21.3)和第二偏振棱鏡(21.7)之間設(shè)有窄帶濾光器(21.4)，第二波片(21.5)和第二偏振方向旋轉(zhuǎn)器(21.6)。
9.根據(jù)權(quán)利要求3或6所述的量子密鑰分布的自由空間多通道發(fā)射和接收系統(tǒng)，其特征在于所述的第一波片(11.9)和第二波片(21.5)為四分之一波片。
10.根據(jù)權(quán)利要求3或6所述的量子密鑰分布的自由空間多通道發(fā)射和接收系統(tǒng)，其特征在于所述的第一偏振方向旋轉(zhuǎn)器(11.8)和第二偏振方向旋轉(zhuǎn)器(21.6)是晶體旋光器，或半波片。
全文摘要
一種量子密鑰分布的自由空間多通道發(fā)射和接收系統(tǒng)，它由多通道發(fā)射終端和多通道接收終端構(gòu)成，該多通道發(fā)射終端由M個(gè)發(fā)送單元(M≥1)組成，其成一維或二維排列；該多通道接收終端由N個(gè)接收單元(N≥1)組成，其成一維或二維排列。本發(fā)明發(fā)揮了自由空間的三維自由度和空間三維復(fù)用的特點(diǎn)，采用正交偏振的復(fù)用結(jié)構(gòu)，可以直接應(yīng)用于基于偏振編碼的量子密鑰分布系統(tǒng)。
文檔編號(hào)H04J14/02GK1614918SQ20041008902
公開(kāi)日2005年5月11日 申請(qǐng)日期2004年12月2日 優(yōu)先權(quán)日2004年12月2日
發(fā)明者劉立人, 許楠, 王利娟, 周煜, 孿竹, 劉德安 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院上海光學(xué)精密機(jī)械研究所