CN112799175B - 光纤干涉装置和量子通信设备 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种光纤干涉装置和量子通信设备，其中，所述光纤干涉装置包括：封装壳体，所述封装壳体的顶部设置有开口；安装柱，所述安装柱的一端设置在所述封装壳体的底部的内表面上；光纤干涉仪，所述光纤干涉仪覆盖在所述安装柱的外表面上并且与所述封装壳体的内侧表面间隔开；封装盖，所述封装盖密封所述开口并且与所述安装柱的另一端接触，以将所述光纤干涉仪封装在所述封装壳体的内部，其中，所述光纤干涉仪的输入光纤和输出光纤经由设置在所述封装盖中的通孔从所述封装壳体的内部向外引出。本发明提供的光纤干涉装置能够为光纤干涉仪提供稳定、可靠的工作环境，以使得光纤干涉仪保持高精度的长臂与短臂之差。

Description

光纤干涉装置和量子通信设备
技术领域
本发明涉及量子通信技术领域，尤其涉及一种光纤干涉装置和量子通信设备。
背景技术
光纤干涉仪是基于光的干涉原理而制作的仪器，并且其长臂与短臂之差的精度决定了量子通信系统的测量灵敏度和通信速度。
然而，在实际使用中，光纤干涉仪的长臂与短臂容易受到环境因素变化（例如，温度变热或变冷）的影响，这会导致光纤干涉仪的长臂与短臂发生变化。由于光纤干涉仪的长臂与短臂的变化往往不一致，因此光纤干涉仪的长臂与短臂之差的精度难于控制，这会影响光纤干涉仪的性能，进而降低量子通信系统的测量灵敏度和通信速度。
发明内容
本发明的目的在于提供一种光纤干涉装置和量子通信设备。
根据本发明的一方面，提供一种光纤干涉装置，所述光纤干涉装置包括：封装壳体，所述封装壳体的顶部设置有开口；安装柱，所述安装柱的一端设置在所述封装壳体的底部的内表面上；光纤干涉仪，所述光纤干涉仪覆盖在所述安装柱的外表面上并且与所述封装壳体的内侧表面间隔开；以及封装盖，所述封装盖与所述安装柱的另一端接触并且密封所述开口，以将所述光纤干涉仪封装在所述封装壳体的内部，其中，所述光纤干涉仪的输入光纤和输出光纤经由设置在所述封装盖中的通孔从所述封装壳体的内部向外引出。
优选地，所述光纤干涉装置还包括：灌封剂，所述灌封剂由具有低温度系数和/或低固化应力的高分子聚合材料制成，并且填充在所述光纤干涉仪与所述封装壳体之间。
优选地，所述光纤干涉仪以缠绕的方式覆盖在所述安装柱的外表面上。
优选地，所述安装柱的外表面上形成有向外凸起的卡槽，所述卡槽的形状与所述光纤干涉仪中的除输入光纤和输出光纤之外的光学器件的形状相适配，以容纳所述光学器件。
优选地，所述光纤干涉仪中的除输入光纤和输出光纤之外的光学器件形成为长条形状。
优选地，所述光纤干涉仪基于迈克尔逊干涉仪光路。
优选地，所述光纤干涉仪中的除输入光纤和输出光纤之外的光学器件至少包括耦合器、移相器、第一法拉第反射镜和第二法拉第反射镜。
优选地，所述光纤干涉装置还包括：紧固件，所述紧固件使得所述安装柱紧固在所述封装壳体的底部与所述封装盖之间。
优选地，所述光纤干涉装置还包括：橡胶垫圈，所述橡胶垫圈设置在所述封装壳体的底部的内表面与所述安装柱的一端之间和/或所述封装盖与所述安装柱的另一端之间。
优选地，所述安装柱由聚四氟乙烯和陶瓷中的一种制成。
优选地，所述灌封剂包括聚氨酯、气凝胶、环氧树脂和硅橡胶中的至少一种。
根据本发明的另一方面，提供一种量子通信设备，所述量子通信设备包括如前所述的光纤干涉装置。
根据本发明的示例性实施例的光纤干涉装置能够为光纤干涉仪提供稳定、可靠的工作环境，使得光纤干涉仪保持高精度的长臂与短臂之差，从而有效地提升光纤干涉装置的整体工作性能。此外，根据本发明的示例性实施例的光纤干涉装置还可被应用于量子通信设备中，以进一步提升量子通信系统的测量灵敏度和通信速度。
附图说明
通过下面结合附图进行的描述，本发明的上述目的和特点将会变得更加清楚。
图1示出了根据本发明的示例性实施例的光纤干涉装置的透视图。
图2示出了图1中的光纤干涉装置的爆炸图。
图3示出了包括在图1中的光纤干涉装置中的干涉仪光路的示意图。
具体实施方式
下面，将参照附图来详细说明本发明的实施例。
图1示出了根据本发明的示例性实施例的光纤干涉装置的透视图100。图2示出了图1中的光纤干涉装置的爆炸图200。
参照图1和图2，光纤干涉装置可包括封装壳体101、安装柱102、光纤干涉仪103和封装盖104。
在图1和图2所示的光纤干涉装置中，封装壳体101可设置有开口105，安装柱102的一端可设置在封装壳体101的底部的内表面上，光纤干涉仪103可覆盖在安装柱102的外表面上并且与封装壳体101的内侧表面间隔开，封装盖104可与安装柱102的另一端接触并且密封开口105以将光纤干涉仪103封装在封装壳体101的内部，光纤干涉仪103的输入光纤Fiber_in和输出光纤Fiber_out可经由设置在封装盖104中的通孔106从封装壳体101的内部向外引出。
通过采用上述光纤干涉装置结构，可使得光纤干涉仪103的长臂和短臂在物理上同时随着安装柱102的膨胀而伸长，随着安装柱102的收缩而缩短。也就是说，即使外部环境发生变化（例如，温度变热或变冷），光纤干涉仪103的长臂与短臂之差也能够在总体上保持一致（换言之，使得光纤干涉仪103的长臂与短臂之差的变化量被降到最小），这样可有效地提升对光纤干涉仪103的长臂与短臂之差的精度的控制，确保光纤干涉仪103的干涉效果的稳定性和可靠性。
另外，为了进一步隔热、隔音和隔振，图1和图2所示的光纤干涉装置还可包括灌封剂（未示出），灌封剂可由具有低温度系数和/或低固化应力的高分子聚合材料制成，并且填充在光纤干涉仪103与封装壳体101之间。作为示例，灌封剂可包括，但不限于，聚氨酯、气凝胶、环氧树脂和硅橡胶中的至少一种。这些灌封剂不仅可以起到防潮、防尘、防腐蚀、防震的作用，而且还能够进一步提升光纤干涉装置的稳定性和可靠性。
下面，将具体地描述光纤干涉仪103在安装柱102上的覆盖方式。
在一个示例中，光纤干涉仪103可以以缠绕的方式覆盖在安装柱102的外表面上。
考虑到光纤干涉仪103除了包括输入光纤Fiber_in和输出光纤Fiber_out之外，还可包括各种光学器件（诸如，但不限于，后面图3中所示的耦合器301、移相器302等）。由于这些光学器件无法如输入光纤Fiber_in和输出光纤Fiber_out那样缠绕在安装柱102上，因此，在该示例中，还可在安装柱102的外表面上形成有向外凸起的卡槽107，卡槽107的形状可与光纤干涉仪103中的除输入光纤Fiber_in和输出光纤Fiber_out之外的光学器件的形状相适配以容纳该光学器件。以这样的方式，不仅能够使得光纤干涉仪103紧密地覆盖在安装柱102的外表面上，而且拆卸方便，易于维护。
应当理解，尽管上面描述了光纤干涉仪103以缠绕的方式覆盖在安装柱102的外表面上的示例，但是该示例仅仅是示意性的，本发明并不限于此。根据需要，光纤干涉仪103也可以以其他的方式覆盖在安装柱102的外表面上。
另外，在该示例中，光纤干涉仪103可以是基于迈克尔逊（MK）干涉仪光路的。然而，本发明并不限于此，光纤干涉仪103也可以是基于其他类型的干涉仪光路（例如，马赫曾德尔干涉仪光路等）。在基于迈克尔逊干涉仪光路的光纤干涉仪103中，光纤干涉仪103除了包括输入光纤Fiber_in和输出光纤Fiber_out之外，还可包括耦合器、移相器、第一法拉第反射镜和第二法拉第反射镜等光学器件。在光纤干涉仪103中，这些光学器件可形成为长条形状，以与安装柱102的外表面上形成的向外凸起的卡槽107相适配。
图3示出了包括在图1中的光纤干涉装置中的干涉仪光路的示意图300。
参照图3，光纤干涉仪103可包括输入光纤Fiber_in和输出光纤Fiber_out以及耦合器301、移相器302、第一法拉第反射镜303和第二法拉第反射镜304。
应当理解，尽管图3示出了包括在图1中的光纤干涉装置中的干涉仪光路的示意图300，但是本发明不限于此，根据需要，图3示出的干涉仪光路还可包括其他光学器件（例如，用于增加输出光纤的环行器等）。
另外，为了避免光纤干涉仪103与封装壳体101的内壁接触，图1和图2所示的光纤干涉装置还可包括紧固件108（诸如，但不限于，螺丝、螺钉等），紧固件108可使得安装柱102紧固在封装壳体101的底部与封装盖104之间。这样可为光纤干涉仪103提供更为稳定、可靠的工作环境。然而，本发明不限于此，例如，还可通过设置在封装壳体101的底部的内表面上的安装槽（未示出）来使安装柱102固定于封装壳体101内部的中间，以防止覆盖在安装柱102上的光纤干涉仪103与封装壳体101的内壁接触。
另外，图1和图2所示的光纤干涉装置还可包括橡胶垫圈109，橡胶垫圈109可设置在封装壳体101的底部的内表面与安装柱102的一端之间和/或封装盖104与安装柱102的另一端之间。这样不仅可进一步固定安装柱102，而且还可进一步减小振动对光纤干涉仪103的影响。
另外，在图1和图2所示的光纤干涉装置中，安装柱102可由聚四氟乙烯和陶瓷中的一种制成。这两种材料均具有低的热膨胀系数，然而，相比于陶瓷，聚四氟乙烯不仅材料成本更低，而且易于加工成型且制作精度更高。
可以看出，图1和图2所示的光纤干涉装置能够为光纤干涉仪103提供稳定、可靠的工作环境，以使得光纤干涉仪103保持高精度的长臂与短臂之差。因此，还可将图1和图2所示的光纤干涉装置应用于量子通信设备（诸如，量子密钥分发（quantum keydistribution，简称QKD）系统中的发送端和/或接收端），以进一步提升量子通信设备的测量灵敏度和通信速度。相应地，本发明还可提供一种包括如前所述的光纤干涉装置的量子通信设备，该量子通信设备可被包括在量子密钥分发系统中的发送端和/或接收端。
尽管已参照优选实施例表示和描述了本申请，但本领域技术人员应该理解，在不脱离由权利要求限定的本申请的精神和范围的情况下，可以对这些实施例进行各种修改和变换。

Claims (9)

1.一种光纤干涉装置，其特征在于，所述光纤干涉装置包括：
光纤干涉仪；
封装壳体，所述封装壳体的顶部设置有开口；
安装柱，所述安装柱的一端设置在所述封装壳体的底部的内表面上；以及
封装盖，所述封装盖与所述安装柱的另一端接触并且密封所述开口，以将所述光纤干涉仪封装在所述封装壳体的内部，
其中，所述光纤干涉仪的输入光纤和输出光纤经由设置在所述封装盖中的通孔从所述封装壳体的内部向外引出，并且所述安装柱的外表面上形成有向外凸起的卡槽，所述卡槽的形状与所述光纤干涉仪中的除输入光纤和输出光纤之外的光学器件的长条形状相适配，以容纳所述光学器件，使得所述光纤干涉仪以缠绕的方式覆盖在所述安装柱的外表面上并且与所述封装壳体的内侧表面间隔开。
2.根据权利要求1所述的光纤干涉装置，其特征在于，所述光纤干涉装置还包括：
灌封剂，所述灌封剂由具有低温度系数和/或低固化应力的高分子聚合材料制成，并且填充在所述光纤干涉仪与所述封装壳体之间。
3.根据权利要求1所述的光纤干涉装置，其特征在于，所述光纤干涉仪基于迈克尔逊干涉仪光路。
4.根据权利要求3所述的光纤干涉装置，其特征在于，所述光纤干涉仪中的除输入光纤和输出光纤之外的光学器件至少包括耦合器、移相器、第一法拉第反射镜和第二法拉第反射镜。
5.根据权利要求1所述的光纤干涉装置，其特征在于，所述光纤干涉装置还包括：
紧固件，所述紧固件使得所述安装柱紧固在所述封装壳体的底部与所述封装盖之间。
6.根据权利要求5所述的光纤干涉装置，其特征在于，所述光纤干涉装置还包括：
橡胶垫圈，所述橡胶垫圈设置在所述封装壳体的底部的内表面与所述安装柱的一端之间和/或所述封装盖与所述安装柱的另一端之间。
7.根据权利要求1所述的光纤干涉装置，其特征在于，所述安装柱由聚四氟乙烯和陶瓷中的一种制成。
8.根据权利要求2所述的光纤干涉装置，其特征在于，所述灌封剂包括聚氨酯、气凝胶、环氧树脂和硅橡胶中的至少一种。
9.一种量子通信设备，其特征在于，所述量子通信设备包括：
权利要求1-8中的任意一项所述的光纤干涉装置。
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