CN109962772A - 基于耦合偏振分束器的硅基集成量子密钥分发芯片结构 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于耦合偏振分束器的硅基集成量子密钥分发芯片结构，包括耦合偏振分束器、至少两个可调光衰减器、至少一个硅基相移器以及偏振旋转合束器，所述耦合偏振分束器的输出端一路依次通过至少一个可调光衰减器、至少一个硅基相移器后连接到偏振旋转合束器，所述耦合偏振分束器的输出端的另一路通过至少一个可调光衰减器连接到偏振旋转合束器。本发明相比现有技术具有以下优点：本发明具有与CMOS工艺兼容、成本低、系统结构简单、集成度高、测试简单、易于封装等优点。
Description
技术领域
本发明涉及量子密钥分发领域，更具体涉及一种硅基集成量子密钥分发芯片结构。
背景技术
目前实验室以及商用的量子密钥分发发送方均为分立器件搭建而成：如采用强度调制器、偏振分束器、相位调制器、可调光衰减器等等。
如图1所示，为现有典型的量子密钥分发发送方光路，该量子密钥分发发送方光路包括强度调制器IM、偏振分束器PBS1、相位调制器PM、可调光衰减器VOA，强度调制器IM、偏振分束器PBS1、可调光衰减器VOA依序相连，相位调制器PM连接在两个偏振分束器PBS1之间。偏振分束器PBS1与相位调制器PM共同构成偏振态制备模块，并将可调光衰减器放在偏振态制备模块的后面，以防止木马攻击，提高安全性。
现有的各个分立器件之间通常通过多个法兰连接，另外由于环境的变化如温度等也会造成各器件插损以及光纤链路光程发生变化，各个分立器件之间通过光纤和法兰连接，无法实现单片集成，且成本高昂的多，此外高功耗也是一个亟待解决的问题。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于提供了一种能够实现高度集成、体积小的情况下，保证量子密钥分发发送方芯片稳定工作的基于耦合偏振分束器的硅基集成量子密钥分发芯片结构。
本发明是通过以下技术方案解决上述技术问题的：一种基于耦合偏振分束器的硅基集成量子密钥分发芯片结构，包括耦合偏振分束器、至少两个可调光衰减器、至少一个硅基相移器以及偏振旋转合束器，所述耦合偏振分束器的输出端一路依次通过至少一个可调光衰减器、至少一个硅基相移器后连接到偏振旋转合束器，所述耦合偏振分束器的输出端的另一路通过至少一个可调光衰减器连接到偏振旋转合束器。
优选地，所述耦合偏振分束器、可调光衰减器、硅基相移器和偏振旋转合束器之间通过平面光波导建立光连接通道。
优选地，所述平面光波导与传输的光信号的模式对应。
优选地，所述耦合偏振分束器将信号光由单模光纤耦合进入二维光栅，由二维光栅完成信号光的偏振转换，并将偏振转换后的信号光分为偏振方向相互垂直的两束光输出。
优选的，所述硅基相移器为通过对硅基波导掺杂形成PIN型结构。
优选的，所述可调光衰减器是通过对硅基波导掺杂形成PIN型结构。
本发明相比现有技术具有以下优点：本发明具有与CMOS工艺兼容、成本低、系统结构简单、集成度高、测试简单、易于封装等优点。
附图说明
图1为现有典型的量子密钥分发发送方光路图；
图2为本发明实施例的基于耦合偏振分束器的硅基集成量子密钥分发芯片结构图。
具体实施方式
下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
如图2所示，一种基于耦合偏振分束器的硅基集成量子密钥分发芯片结构，包括耦合偏振分束器100、至少两个可调光衰减器200、至少一个硅基相移器300以及偏振旋转合束器400。
所述耦合偏振分束器100的输出端一路依次通过至少一个可调光衰减器200、至少一个硅基相移器300后连接到偏振旋转合束器400，所述耦合偏振分束器100的输出端的另一路通过至少一个可调光衰减器200连接到偏振旋转合束器400。
所述耦合偏振分束器100与一般分束器的区别在于其对输入光的方向要求不严格。
信号光(可以是包含信号态、诱骗态和真空态的信号光)由所述耦合偏振分束器100处理后，得到两路偏振正交的第一信号光和第二信号光；所述第一信号光经过可调光衰减器200衰减并经过硅基相移器300调制得到第一调制光，所述第二信号光经过可调光衰减器200衰减之后得到第二调制光，所述第一调制光和第二调制光经过偏振旋转合束器400合束之后得到各个偏振态光，如线偏振、圆偏振包括椭圆偏振光，从而获得量子密钥分发协议中所需的不同偏振态光。
优选地，所述耦合偏振分束器100、可调光衰减器200、硅基相移器300和偏振旋转合束器400之间通过平面光波导建立光连接通道。
优选地，所述平面光波导与传输的光信号的模式对应。
优选地，所述耦合偏振分束器100将所述信号光由单模光纤耦合进入二维光栅，由二维光栅完成信号光的偏振转换，并将偏振转换后的信号光分为偏振方向相互垂直的两束光输出，所述二维光栅是通过在绝缘衬底上的硅片上刻蚀周期性二维光子晶体获得。
优选的，所述硅基相移器300为通过对硅基波导掺杂形成PIN型结构；通过调节加载到所述硅基相移器上的电压，改变硅基相移器300的有效折射率从而实现相应的相位变化。
优选的，所述可调光衰减器200是通过对硅基波导掺杂形成PIN型结构；通过调节加载到所述可调光衰减器200上的电压，改变可调光衰减器200区域的吸收并达到衰减目的。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种基于耦合偏振分束器的硅基集成量子密钥分发芯片结构，其特征在于，包括耦合偏振分束器、至少两个可调光衰减器、至少一个硅基相移器以及偏振旋转合束器，所述耦合偏振分束器的输出端一路依次通过至少一个可调光衰减器、至少一个硅基相移器后连接到偏振旋转合束器，所述耦合偏振分束器的输出端的另一路通过至少一个可调光衰减器连接到偏振旋转合束器。
2.根据权利要求1所述的基于耦合偏振分束器的硅基集成量子密钥分发芯片结构，其特征在于，所述耦合偏振分束器、可调光衰减器、硅基相移器和偏振旋转合束器之间通过平面光波导建立光连接通道。
3.根据权利要求2所述的基于耦合偏振分束器的硅基集成量子密钥分发芯片结构，其特征在于，所述平面光波导与传输的光信号的模式对应。
4.根据权利要求1所述的基于耦合偏振分束器的硅基集成量子密钥分发芯片结构，其特征在于，所述耦合偏振分束器将信号光由单模光纤耦合进入二维光栅，由二维光栅完成信号光的偏振转换，并将偏振转换后的信号光分为偏振方向相互垂直的两束光输出。
5.根据权利要求1所述的基于耦合偏振分束器的硅基集成量子密钥分发芯片结构，其特征在于，所述硅基相移器为通过对硅基波导掺杂形成PIN型结构。
6.根据权利要求1至5任一项所述的基于耦合偏振分束器的硅基集成量子密钥分发芯片结构，其特征在于，所述可调光衰减器是通过对硅基波导掺杂形成PIN型结构。
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