CN114499654A - 用于校准不等臂干涉仪的电路装置和量子通信设备 - Google Patents

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Abstract

本发明提供用于校准不等臂干涉仪的电路装置和量子通信设备，其中，所述电路装置包括：恒压电源；加热管，设置在所述不等臂干涉仪的短臂上；以及二极管，反接在所述恒压电源的输出端的正极与负极之间，并且与所述加热管串联连接，其中，所述二极管根据周围温度的变化向所述加热管提供相应的反向饱和电流，以抵消所述不等臂干涉仪的长臂在周围温度变化影响下的光程变化相对于所述不等臂干涉仪的短臂在周围温度变化影响下的光程变化的超出量。本发明有助于提升不等臂干涉仪对周围环境的适应性以确保不等臂干涉仪的干涉效果的稳定性，这样可使得应用不等臂干涉仪的量子通信系统的成码率更加高效、稳定和可靠。

Description

用于校准不等臂干涉仪的电路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，尤其涉及用于校准不等臂干涉仪的电路装置和量子通信设备。
背景技术
目前，在量子通信系统（诸如，量子密钥分发系统）中主要采用偏振编码、相位编码和时间相位编码三种编码方式，其中，相位编码和时间相位编码均需要使用不等臂干涉仪进行编码和解码。然而，不等臂干涉仪的干涉效果很容易受到周围环境的影响而变差，这会导致量子通信系统的错误率增加，进而使得量子通信系统的成码率显著降低。
因此，提升不等臂干涉仪对周围环境的适应性以确保不等臂干涉仪的干涉效果的稳定性成为亟待解决的问题。
发明内容
本发明的目的在于提供用于校准不等臂干涉仪的电路装置和量子通信设备。
根据本发明的一方面，提供一种用于校准不等臂干涉仪的电路装置，所述电路装置包括：恒压电源；加热管，设置在所述不等臂干涉仪的短臂上；以及二极管，反接在所述恒压电源的输出端的正极与负极之间，并且与所述加热管串联连接，其中，所述二极管根据周围温度的变化向所述加热管提供相应的反向饱和电流，以抵消所述不等臂干涉仪的长臂在周围温度变化影响下的光程变化相对于所述不等臂干涉仪的短臂在周围温度变化影响下的光程变化的超出量。
根据本发明的一个实施例，当周围温度上升时，所述二极管提供的反向饱和电流增大，所述反向饱和电流的增大使得所述不等臂干涉仪的短臂上的光程在周围温度上升影响的基础上变得更长，以此抵消所述不等臂干涉仪的长臂在周围温度上升影响下的光程变化相对于所述不等臂干涉仪的短臂在周围温度上升影响下的光程变化的超出量。
根据本发明的一个实施例，当周围温度下降时，所述二极管提供的反向饱和电流减小，所述反向饱和电流的减小使得所述不等臂干涉仪的短臂上的光程在周围温度下降影响的基础上变得更短，以此抵消所述不等臂干涉仪的长臂在周围温度下降影响下的光程变化相对于所述不等臂干涉仪的短臂在周围温度下降影响下的光程变化的超出量。
根据本发明的一个实施例，所述加热管包括：导热管，套在所述不等臂干涉仪的短臂外；以及加热膜，包裹在所述导热管外，其中，所述二极管通过所述加热膜与所述加热管串联连接。
根据本发明的一个实施例，所述导热管由铜制成。
根据本发明的一个实施例，所述二极管为锗二极管和硅二极管中的一种。
根据本发明的一个实施例，所述不等臂干涉仪包括在量子通信系统的发射端和/或接收端。
根据本发明的一个实施例，所述量子通信系统基于相位编码或时间相位编码。
根据本发明的一个实施例，所述恒压电源的输出电压为12伏。
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用于校准不等臂干涉仪的装置。
本发明所提供的用于校准不等臂干涉仪的电路装置和量子通信设备有助于提升不等臂干涉仪对周围环境的适应性以确保不等臂干涉仪的干涉效果的稳定性，这样可使得应用不等臂干涉仪的量子通信系统的成码率更加高效、稳定和可靠。
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用于校准不等臂干涉仪的电路装置的示意图。
图2示出了根据本发明的示例性实施例的二极管的伏安特性曲线随周围温度变化的示意性曲线图。
图3示出了包括根据本发明的示例性实施例的用于校准不等臂干涉仪的电路装置的量子通信系统的示意图。
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用于校准不等臂干涉仪的电路装置的示意图。
参照图1，根据本发明的示例性实施例的用于校准不等臂干涉仪的电路装置至少可包括恒压电源Power、加热管Heater和二极管Diode，其中，加热管Heater可设置在不等臂干涉仪M-Z的短臂L2上；二极管Diode可反接在恒压电源Power的输出端的正极与负极之间，并且可与加热管Heater串联连接。作为示例而非限制，可使用诸如，但不限于，锗二极管和硅二极管中一种作为二极管Diode。可使用诸如，但不限于，输出电压为12伏的直流稳压电源作为恒压电源Power。
在图1示出的用于校准不等臂干涉仪的电路装置中，二极管Diode可根据周围温度的变化向加热管Heater提供相应的反向饱和电流，以抵消不等臂干涉仪M-Z的长臂L1在周围温度变化影响下的光程变化相对于不等臂干涉仪M-Z的短臂L2在周围温度变化影响下的光程变化的超出量。
在一个示例中，当周围温度上升时，二极管Diode的伏安特性曲线的反向特性部分可向下移动，这使得二极管Diode提供的反向饱和电流增大，反向饱和电流的增大可使得不等臂干涉仪M-Z的短臂L2上的光程在周围温度上升影响的基础上变得更长，以此抵消不等臂干涉仪M-Z的长臂L1在周围温度上升影响下的光程变化相对于不等臂干涉仪M-Z的短臂L2在周围温度上升影响下的光程变化的超出量。
在另一示例中，当周围温度下降时，二极管Diode的伏安特性曲线的反向特性部分可向上移动，这使得二极管Diode提供的反向饱和电流减小，反向饱和电流的减小可使得不等臂干涉仪M-Z的短臂L2上的光程在周围温度下降影响的基础上变得更短，以此抵消不等臂干涉仪M-Z的长臂L1在周围温度下降影响下的光程变化相对于不等臂干涉仪M-Z的短臂L2在周围温度下降影响下的光程变化的超出量。
通过使用上述电路装置，即使不等臂干涉仪周围温度发生小范围的变化，也能够确保不等臂干涉仪的长臂与短臂之间的光程差随着周围温度的变化在总体上保持一致（换言之，可以使得不等臂干涉仪的长臂与短臂之间的光程差的变化量被降到最小），这样不仅能够为应用于量子通信系统中的不等臂干涉仪提供稳定、可靠的工作环境，而且还有助于提升量子通信系统对不等臂干涉仪的长臂与短臂之间的光程差的精度控制，确保不等臂干涉仪的干涉效果的稳定性和可靠性。
图2示出了根据本发明的示例性实施例的二极管的伏安特性曲线随周围温度变化的示意性曲线图。
参照图2，横坐标表示二极管Diode两端的电压u，纵坐标表示流过二极管Diode的电流i，图2中示出的曲线分别为二极管Diode在24℃下对应的伏安特性曲线、二极管Diode在25℃下对应的伏安特性曲线以及二极管Diode在26℃下对应的伏安特性曲线，并且每条伏安特性曲线均包括正向特性部分和反向特性部分。
从图2可以看出，在当前周围温度为25℃的情况下，当周围温度从25℃上升至26℃时，二极管Diode的伏安特性曲线的反向特性部分可向下移动；当周围温度从25℃下降至24℃时，二极管Diode的伏安特性曲线的反向特性部分可向上移动。二极管Diode的这种随周围温度变化的反向特性可使得设置在不等臂干涉仪M-Z的短臂L2上的加热管Heater释放的热量也会发生变化。这意味着，不等臂干涉仪M-Z的短臂L2上的光程除了受到周围温度的影响，还会受到设置在不等臂干涉仪M-Z的短臂L2上的加热管Heater释放的热量的影响。因此，不等臂干涉仪M-Z的短臂L2上的光程可在周围温度和加热管Heater的叠加影响下发生变化。
下面，将结合图2示出的二极管的伏安特性曲线随周围温度的变化来进一步详细地描述上述示例的具体实施过程。
通常，在周围温度上升的情况下，不等臂干涉仪M-Z的长臂L1上的光程和不等臂干涉仪M-Z的短臂L2上的光程都会变长，由于不等臂干涉仪M-Z的长臂L1比不等臂干涉仪M-Z的短臂L2长，所以不等臂干涉仪M-Z的长臂L1在周围温度上升影响下的光程变化△S1会比不等臂干涉仪M-Z的短臂L2在周围温度上升影响下的光程变化△S2长，这会导致不等臂干涉仪M-Z的长臂L1与短臂L2之间的光程差变大，降低诸如，但不限于，量子通信系统的成码率。
然而，对于使用上述电路装置的不等臂干涉仪M-Z而言，在同样的情况下，例如，当周围温度从25℃上升至26℃时，流过设置在不等臂干涉仪M-Z的短臂L2上的二极管Diode的反向饱和电流可从IR增大到IR＂，反向饱和电流的增大可使得加热管Heater释放的热量增多，进而使得不等臂干涉仪M-Z的短臂L2上的光程在周围温度上升影响的基础上变得更长，从而抵消了不等臂干涉仪M-Z的长臂L1在周围温度上升影响下的光程变化△S1相对于不等臂干涉仪M-Z的短臂L2在周围温度上升影响下的光程变化△S2的超出量△S1-△S2。以这种方式，可确保不等臂干涉仪M-Z的长臂L1与短臂L2之间的光程差随着周围温度的上升在总体上保持一致。
同理，在周围温度下降的情况下，不等臂干涉仪M-Z的长臂L1上的光程和不等臂干涉仪M-Z的短臂L2上的光程都会变短，由于不等臂干涉仪M-Z的长臂L1比不等臂干涉仪M-Z的短臂L2长，所以不等臂干涉仪M-Z的长臂L1在周围温度下降影响下的光程变化△S1会比不等臂干涉仪M-Z的短臂L2在周围温度下降影响下的光程变化△S2长，这会导致不等臂干涉仪M-Z的长臂L1与短臂L2之间的光程差变大，降低诸如，但不限于，量子通信系统的成码率。
然而，对于使用上述电路装置的不等臂干涉仪M-Z而言，在同样的情况下，例如，当周围温度从25℃下降至24℃时，流过设置在不等臂干涉仪M-Z的短臂L2上的二极管Diode的反向饱和电流可从IR减小到IR＇，反向饱和电流的减小可使得加热管Heater释放的热量减少，进而使得不等臂干涉仪M-Z的短臂L2上的光程在周围温度下降影响的基础上变得更长，从而抵消了不等臂干涉仪M-Z的长臂L1在周围温度下降影响下的光程变化△S1相对于不等臂干涉仪M-Z的短臂L2在周围温度下降影响下的光程变化△S2的超出量△S1-△S2，以这种方式，可确保不等臂干涉仪M-Z的长臂L1与短臂L2之间的光程差随着周围温度的下降在总体上保持一致。
另外，作为示例而非限制，在图1示出的用于校准不等臂干涉仪的电路装置中，加热管Heater可包括导热管和加热膜（未示出），导热管可套在不等臂干涉仪M-Z的短臂L2外，加热膜（其中包括电阻丝）可包裹在导热管外，其中，二极管可通过加热膜与加热管串联连接。然而，本发明并不限于此。根据需要，也可采用其他的电阻加热结构作为加热管Heater。这里，导热管Heater可由诸如，但不限于，铜等导热性能优异的材料制成。
图3示出了包括根据本发明的示例性实施例的用于校准不等臂干涉仪的电路装置的量子通信系统的示意图。
参照图3，图3所示的量子通信系统可以是基于相位编码的量子密钥分发系统，也可以基于或时间相位编码的量子密钥分发系统。对此，本发明不作限制。
应当理解，尽管图3示出了根据本发明的示例性实施例的用于校准不等臂干涉仪的电路装置可应用于量子通信系统的接收端Bob中的不等臂干涉仪M-Z2的短臂上，但是该电路装置同样可应用于量子通信系统的发射端Alice中的不等臂干涉仪M-Z1的短臂上。这样可使得应用不等臂干涉仪的量子通信系统（例如，基于相位编码或时间相位编码的量子密钥分发系统）的成码率更加高效、稳定和可靠。
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 (10)

1.一种用于校准不等臂干涉仪的电路装置，其特征在于，所述电路装置包括：
恒压电源；
加热管，设置在所述不等臂干涉仪的短臂上；以及
二极管，反接在所述恒压电源的输出端的正极与负极之间，并且与所述加热管串联连接，
其中，所述二极管根据周围温度的变化向所述加热管提供相应的反向饱和电流，以抵消所述不等臂干涉仪的长臂在周围温度变化影响下的光程变化相对于所述不等臂干涉仪的短臂在周围温度变化影响下的光程变化的超出量。
2.根据权利要求1所述的电路装置，其特征在于，当周围温度上升时，所述二极管提供的反向饱和电流增大，所述反向饱和电流的增大使得所述不等臂干涉仪的短臂上的光程在周围温度上升影响的基础上变得更长，以此抵消所述不等臂干涉仪的长臂在周围温度上升影响下的光程变化相对于所述不等臂干涉仪的短臂在周围温度上升影响下的光程变化的超出量。
3.根据权利要求1所述的电路装置，其特征在于，当周围温度下降时，所述二极管提供的反向饱和电流减小，所述反向饱和电流的减小使得所述不等臂干涉仪的短臂上的光程在周围温度下降影响的基础上变得更短，以此抵消所述不等臂干涉仪的长臂在周围温度下降影响下的光程变化相对于所述不等臂干涉仪的短臂在周围温度下降影响下的光程变化的超出量。
4.根据权利要求1所述的电路装置，其特征在于，所述加热管包括：
导热管，套在所述不等臂干涉仪的短臂外；以及
加热膜，包裹在所述导热管外，
其中，所述二极管通过所述加热膜与所述加热管串联连接。
5.根据权利要求4所述的电路装置，其特征在于，所述导热管由铜制成。
6.根据权利要求1所述的电路装置，其特征在于，所述二极管为锗二极管和硅二极管中的一种。
7.根据权利要求1所述的电路装置，其特征在于，所述不等臂干涉仪包括在量子通信系统的发射端和/或接收端。
8.根据权利要求7所述的电路装置，其特征在于，所述量子通信系统基于相位编码或时间相位编码。
9.根据权利要求7所述的电路装置，其特征在于，所述恒压电源的输出电压为12伏。
10.一种量子通信设备，其特征在于，所述量子通信设备包括：权利要求1-9中的任意一项所述的用于校准不等臂干涉仪的电路装置。
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