CN116827447B - 基于共封装技术的光通信模块 - Google Patents

Abstract

本发明涉及光通信技术领域，更进一步地，涉及基于共封装技术的光通信模块。所述模块包括：通过共封装技术封装到同一封装体内的激光发生器、非线性晶体、非线性光学编码器、光纤、偏振控制器和接收器；所述激光发生器用于按照设定的发射频率发射设定光频率的泵浦激光，照射到非线性晶体；所述非线性晶体发生自发参量下转换过程，产生纠缠光子对；所述非线性光学编码器利用纠缠光子对待发送信息进行编码，得到编码信息；光纤用于将编码信息发送至接收器，在发送过程中，偏振控制器控制以光形式在光纤中传输的编码信息的已设定的偏振方向进行传输；所述接收器用于在接收到编码信息后进行解码。本发明提高了光通信的安全性、传输效率和解码准确性。

Description

基于共封装技术的光通信模块

技术领域

本发明属于光通信技术领域，具体涉及基于共封装技术的光通信模块。

背景技术

在当今信息社会中，通信技术的发展对于人类社会的进步和连接至关重要。光通信作为一种高速、高带宽、低延迟的通信方式，已经成为现代通信网络的基石之一。然而，随着通信需求的不断增长，传统光通信技术也暴露出了一些问题，如带宽受限、信号传输受干扰等，迫使研究人员不断探索创新方法以满足未来通信的要求。

在光通信领域，近年来的一项重要突破是基于量子力学原理的量子通信技术。量子通信的核心思想是利用量子态的特性，如超导、纠缠和叠加，来实现更加安全和高效的通信。然而，尽管量子通信在理论上具备高度的安全性，但在实际应用中仍然面临着一些挑战，其中之一是如何在通信过程中实现高效的解码和信息恢复。

传统的量子通信解码方法往往涉及复杂的操作和设备，导致系统复杂性增加、信号丢失的风险增加，甚至在长距离通信中可能导致信号的弱化。例如，传统的解码方法可能需要大量的光学器件、稳定性较差的元件以及复杂的校准过程，这不仅增加了系统的成本，还降低了通信的可靠性。另外，由于量子态的特殊性质，传统的解码方法可能受到噪声、损耗和干扰的影响，从而导致解码错误率的上升，限制了量子通信技术的实际应用范围。

除了传统的量子通信技术，还存在着一些基于纤维光学和波导的新型光通信技术。这些技术试图通过优化光信号的传输、放大和解码等环节，提高通信系统的性能和效率。然而，这些方法仍然无法完全解决量子通信领域的挑战，如解码效率、信号弱化和干扰等问题。

发明内容

本发明的主要目的在于提供基于共封装技术的光通信模块，提高了光通信的安全性、传输效率和解码准确性。

为了解决上述问题，本发明的技术方案是这样实现的：

基于共封装技术的光通信模块，所述模块包括：通过共封装技术封装到同一封装体内的激光发生器、非线性晶体、非线性光学编码器、光纤、偏振控制器和接收器；所述激光发生器用于按照设定的发射频率发射设定光频率的泵浦激光，照射到非线性晶体；所述非线性晶体发生自发参量下转换过程，产生纠缠光子对，分别称为信号光子和参量光子；所述非线性光学编码器用于使用Kerr非线性效应，利用纠缠光子对待发送信息进行编码，通过调整信号光子和参量光子的强度分布，在其相互耦合的过程中引入待发送信息，以完成信息编码，得到编码信息；光纤用于将编码信息发送至接收器，在发送过程中，偏振控制器控制以光形式在光纤中传输的编码信息以设定的偏振方向进行传输；所述接收器用于在接收到编码信息后进行解码。

进一步的，所述非线性晶体发生的自发参量下转换过程使用如下公式进行表示：；其中/>是非线性系数，/>是泵浦激光幅度，/>是信号光子的幅度；/>是参量光子的幅度，/>是信号光子的产生算符，/>是参量光子的产生算符；/>为非线性极化率。

进一步的，所述纠缠光子对使用如下公式进行表示：；其中，/>为非线性相位偏移，/>为纠缠光子对，/>为信号光子的水平振态；/>为信号光子的垂直振态；/>为参量光子的水平振态；/>为参量光子的垂直振态。

进一步的，所述非线性光学编码器用于使用Kerr非线性效应，利用纠缠光子对待发送信息进行编码，在引入待发送信息时，将待发送信息转换为二进制信息，再调整信号光子和参量光子的强度分布，在非线性介质中，由于Kerr非线性效应，信号光子和参量光子的强度会影响它们之间的相互作用，使得信号光子和参量光子的强度与相位相互耦合；通过控制信号光子和参量光子的强度分布，改变它们的相互耦合强度，将这种变化被作为编码信息。

进一步的，信号光子和参量光子的强度与相位相互耦合的耦合关系使用如下公式进行表示：；/>为信号光子在传播距离/>处的复振幅，复振幅包含了振幅和相位信息和/>：为参量光子在传播距离/>处的复振幅，复振幅包含了振幅和相位信息；/>为纠缠光子对在非线性介质中传播的距离；/>为Kerr非线性系数，它表示了介质中非线性效应的强度；/>为参量光子的强度；/>为信号光子的强度。

进一步的，所述偏振控制器控制以光形式在光纤中传输的编码信息以设定的偏振方向进行传输的方法包括：首先将编码信息调整为偏振态；然后设定一个偏振方向，控制在光纤中传输的编码信息的按照设定的偏振方向进行传输，在传输过程中，保证偏振方向不变。

进一步的，所述设定偏正方向通过如下公式计算得到：；其中，/>为偏振方向，通过求解/>，得到偏振方向。

进一步的，所述接收器在接收到编码信息后进行解码的方法包括：将编码信息的纠缠光子对分为信号光子路径和参量光子路径，接下来，进行贝尔态测量，通过测量两条路径上的光子状态，建立它们之间的量子相关性；再进行算符的解码，通过应用算符来恢复编码信息在编码前的量子态。

进一步的，所述算符的解码使用如下公式进行表示：表示编码信息，表示编码前的量子态，/>是一个幺正变换，它在解码过程中对编码信息进行操作，以实现解码；/>和/>分别是信号光子路径和参量光子路径上的测量算符，通过贝尔态测量得到；/>是/>的厄米共轭，用于将编码消息的操作转换回正常态；/>为恒等算符。

本发明的基于共封装技术的光通信模块，具有以下有益效果：传统光通信技术在解码过程中可能受到信号弱化、噪声干扰和信息丢失等问题的困扰，从而导致解码效率和可靠性下降。然而，本发明的光通信模块采用共封装技术，将多个关键组件封装在同一个封装体内，实现了解码过程的高度优化和集成，从而有效降低了信号衰减和干扰的影响，大大提高了解码效率和通信的可靠性。传统的光通信解码方法可能需要大量的光学器件、稳定性较差的元件和复杂的校准过程，导致系统成本和复杂性增加。相比之下，基于共封装技术的光通信模块通过将多个组件封装在一起，实现了解码过程的紧密集成，减少了所需的器件数量和系统组件之间的互相干扰，从而降低了系统成本和复杂性。本发明的光通信模块基于量子通信原理，利用纠缠光子对进行信息编码和解码。这种纠缠光子对的特性使得通信过程具备了高度的安全性，因为一旦纠缠光子对受到干扰或窃取，其量子纠缠性质会立即被破坏，从而实现了通信的安全传输。量子通信技术在传输速率和带宽方面具有巨大潜力。通过利用纠缠光子对进行信息编码，本发明的光通信模块可以实现更高效的信息传输。纠缠光子对的特殊性质使得信号的传输速率可以超越经典通信技术，从而满足了现代高速通信的需求。传统量子通信解码方法可能受到信号衰减、噪声干扰等因素的影响，导致解码准确性降低。然而，本发明的光通信模块通过有效的纠缠光子对解码方法，实现了解码过程的高准确性。这有助于确保信息在传输过程中的完整性和准确性。

附图说明

图1为本发明实施例提供的基于共封装技术的光通信模块的系统结构示意图。

具体实施方式

提供了基于共封装技术的光通信模块，共封装技术的应用，即将激光发生器、非线性晶体、非线性光学编码器、光纤、偏振控制器和接收器等多个组件封装在同一个封装体内。这种集成方案实现了模块的紧凑性和稳定性，有效降低了系统中器件之间的干扰和损耗，从而提高了通信信号的传输效率和可靠性。纠缠光子对编码解码方法。通过利用纠缠光子对进行信息的编码和解码，可以实现通信信号的高度保密性和安全性。这种方法使得解码过程在量子层面进行，避免了传统通信中常见的信息窃取和干扰问题，从而有效提升了通信的安全性和解码的准确性。利用Kerr非线性效应在非线性光学编码器中对纠缠光子对进行编码。Kerr非线性效应使信号光子和参量光子的强度与相位相互耦合，这种耦合可以用来实现信息的编码。通过调整信号光子和参量光子的强度分布，就可以将信息编码到光子对之间的相位变化中，从而在光纤中传输。偏振控制器的应用。偏振控制器可将编码信息调整为特定偏振态，并确保在光纤中传输时保持不变。这样做有助于保持信息的完整性，避免信息传输中的失真和损耗，从而提高了解码的准确性和通信的稳定性。本发明的光通信模块实现了量子通信的高效、安全、稳定传输。共封装技术的应用降低了系统复杂性和成本，纠缠光子对编码解码方法保障了信息的保密性和解码准确性，Kerr非线性效应的应用实现了信息编码，偏振控制器的作用确保了信息的稳定传输。这些技术点的协同作用，使得本发明在量子通信领域带来了一系列显著的有益效果，为通信技术的未来发展开辟了新的道路。

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

以下分别进行详细说明。

本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”、“第三”“第四”等(如果存在)是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的实施例能够以除了在这里图示或描述的内容以外的顺序实施。。

实施例1：基于共封装技术的光通信模块，所述模块包括：通过共封装技术封装到同一封装体内的激光发生器、非线性晶体、非线性光学编码器、光纤、偏振控制器和接收器；所述激光发生器用于按照设定的发射频率发射设定光频率的泵浦激光，照射到非线性晶体；所述非线性晶体发生自发参量下转换过程，产生纠缠光子对，分别称为信号光子和参量光子；所述非线性光学编码器用于使用Kerr非线性效应，利用纠缠光子对待发送信息进行编码，通过调整信号光子和参量光子的强度分布，在其相互耦合的过程中引入待发送信息，以完成信息编码，得到编码信息；光纤用于将编码信息发送至接收器，在发送过程中，偏振控制器控制以光形式在光纤中传输的编码信息以设定的偏振方向进行传输；所述接收器用于在接收到编码信息后进行解码。

具体的，激光发生器是一个关键的光源，它通过激发原子或分子跃迁来产生相干光。这里，设定的发射频率意味着选择了一个特定的能级跃迁，以产生所需的光频率。激光发生器的活性介质（通常是激光介质）中的原子或分子通过受激辐射产生了相干光，形成泵浦激光。非线性晶体中发生的自发参量下转换过程是基于光学非线性效应。这种效应在介质中会引发电子或分子极化程度与光强的非线性关系。在这种情况下，高能量的泵浦激光被吸收，导致非线性晶体中的分子发生强烈的振动，产生新的光子对。这两个光子被称为纠缠光子对，其中一个是信号光子，另一个是参量光子。它们的特性在量子力学中称为“纠缠”，意味着对一个光子的测量结果会影响另一个光子的状态，即使它们在空间上分离。Kerr效应是指当介质中的光强度足够高时，介质的折射率会随之改变。在这个模块中，通过调整信号光子和参量光子的强度分布，可以在它们之间引入相位差，从而引起相互作用。这里的创新在于利用纠缠光子对的这种特殊性质，通过调整它们的强度分布来实现信息的编码。在Kerr非线性介质中，光的强度会导致介质的极化状态发生变化，进而影响光的相位。当光强度增加时，光的相位会发生变化，这种变化可以是线性的，也可以是非线性的。Kerr非线性效应通常用Kerr系数来描述，该系数表示光的强度和相位变化之间的关系。

实施例2：在上一实施例的就出上，所述非线性晶体发生的自发参量下转换过程使用如下公式进行表示：；其中/>是非线性系数，/>是泵浦激光幅度，/>是信号光子的幅度；/>是参量光子的幅度，/>是信号光子的产生算符，/>是参量光子的产生算符；/>为非线性极化率。

具体的，右边的项表示的是在非线性晶体中，泵浦光与信号光子和参量光子之间发生的相互作用。通过非线性效应，泵浦光的作用导致了信号光子和参量光子的产生，这是一种非常重要的量子光学现象。这种过程产生的信号光子和参量光子之间的纠缠状态在量子通信和量子信息领域具有重要意义。表示的是介质的二阶非线性效应，它描述了当光场的强度变化时，产生的极化程度的非线性响应。这个参数可以用来表征晶体的非线性特性。公式中描述的自发参量下转换过程，通过非线性效应，使得泵浦光与信号光子和参量光子之间发生相互作用。这个过程产生的信号光子和参量光子之间的状态是纠缠的。纠缠态是量子力学中一种特殊的状态，其中两个或更多的粒子之间的状态是高度关联的，无论它们之间的距离有多远。

这个公式是对非线性晶体中自发参量下转换过程的数学描述，涉及了非线性系数、泵浦光、信号光子、参量光子以及产生算符。它说明了在高光强条件下，晶体中光场之间的非线性相互作用，导致了纠缠光子对的生成。

实施例3：在上一实施例的就出上，所述纠缠光子对使用如下公式进行表示：；其中，/>为非线性相位偏移，/>为纠缠光子对，/>为信号光子的水平振态；/>为信号光子的垂直振态；/>为参量光子的水平振态；/>为参量光子的垂直振态。

具体的，在这个纠缠光子对中，信号光子和参量光子之间的状态是纠缠的，它们之间的关系通过这个量子态来表示。具体来说，这个量子态表示了两种情况，一种是信号光子为水平偏振态，参量光子为垂直偏振态；另一种情况是信号光子为垂直偏振态，参量光子为水平偏振态。这两种情况之间通过非线性相位偏移相关联。

实施例4：在上一实施例的就出上，所述非线性光学编码器用于使用Kerr非线性效应，利用纠缠光子对待发送信息进行编码，在引入待发送信息时，将待发送信息转换为二进制信息，再调整信号光子和参量光子的强度分布，在非线性介质中，由于Kerr非线性效应，信号光子和参量光子的强度会影响它们之间的相互作用，使得信号光子和参量光子的强度与相位相互耦合；通过控制信号光子和参量光子的强度分布，改变它们的相互耦合强度，将这种变化被作为编码信息。

具体的，纠缠光子对是在量子纠缠状态下的两个光子，它们之间的状态关联远远超出了经典的相关性。这种关联性可以用于信息传输，因为改变一个光子的状态会立即影响另一个光子的状态，无论它们之间的距离有多远。在非线性光学编码器中，Kerr非线性效应被用来调制纠缠光子对的相互作用。当信号光子和参量光子的强度分布被调整时，它们之间的相位和幅度会产生相互耦合。这个效应使得光子对的状态发生变化，从而实现信息的编码。通过控制信号光子和参量光子的强度分布以及它们之间的相互耦合强度，可以将待发送的信息嵌入到纠缠光子对的状态中。这种编码方式是基于光子之间非线性相互作用的结果，从而实现了信息的传递和传输。

具体的，假设A想要将一个秘密的二进制信息“101”传输给Bob，他们使用了非线性光学编码器来实现这个任务。

A和B事先准备了一对纠缠光子，其中一个为信号光子，另一个为参量光子。这两个光子通过某种非线性光学过程产生，并且它们之间的状态是纠缠的。要传输二进制信息“101”，A决定使用Kerr非线性效应来编码信息。她调整信号光子和参量光子的强度分布，以及它们之间的相互耦合强度，来代表不同的二进制位。对于“1”：A可以调整信号光子的强度，使得其相互作用影响参量光子的相位，从而实现信息的编码。对于“0”：A可以调整不同的光子强度分布，以及相互耦合强度，表示另一种信息状态。A将她所编码的纠缠光子对发送给B。由于光子对之间存在量子纠缠，无论A对信号光子进行怎样的操作，都会影响到参量光子的状态。B收到了纠缠光子对后，通过测量参量光子和信号光子的状态，他可以解码出A传输的信息。根据光子的状态变化，他可以分辨出每个二进制位，从而解读出“101”。

实施例5：在上一实施例的就出上，信号光子和参量光子的强度与相位相互耦合的耦合关系使用如下公式进行表示：；/>为信号光子在传播距离/>处的复振幅，复振幅包含了振幅和相位信息和/>：为参量光子在传播距离/>处的复振幅，复振幅包含了振幅和相位信息；/>为纠缠光子对在非线性介质中传播的距离；/>为Kerr非线性系数，它表示了介质中非线性效应的强度；/>为参量光子的强度；为信号光子的强度。

具体的，这个公式所描述的是在非线性光学编码器中，信号光子和参量光子之间的强度与相位相互耦合的关系，以及它们在非线性介质中传播时的变化。这个公式基于Kerr非线性效应，该效应是光强与折射率之间的关系，通过这种关系，光子的强度和相位相互影响。通过这个公式，可以了解信号光子和参量光子之间的相互作用，以及它们在非线性介质中的演化。

公式中的部分表示信号光子和参量光子复振幅随传播距离的变化率。这说明了光子强度和相位之间的相互耦合关系。这种耦合关系可以导致在非线性介质中光子之间发生能量交换和调制，从而影响信息的传输和编码。公式中的部分表示了非线性相互作用的强度。/>代表了Kerr非线性系数，用来衡量介质中非线性效应的强度。这个相互作用可以导致信号光子和参量光子的强度与相位之间发生耦合，进而影响它们的行为。这个公式的作用在于展示了信号光子和参量光子之间如何在传播过程中通过非线性相互作用进行编码和传输信息。通过调整光子的强度分布和相互耦合强度，可以将待发送的信息嵌入到纠缠光子对的状态中。这种编码方式利用了非线性效应，为光通信和量子信息处理提供了一种创新的方法。在量子通信和量子信息处理中，量子态的变化非常重要。公式中的相互耦合项反映了信号光子和参量光子之间的量子态变化，这对于实现量子门操作和量子比特的编码具有重要意义。

实施例6：在上一实施例的就出上，所述偏振控制器控制以光形式在光纤中传输的编码信息以设定的偏振方向进行传输的方法包括：首先将编码信息调整为偏振态；然后设定一个偏振方向，控制在光纤中传输的编码信息的按照设定的偏振方向进行传输，在传输过程中，保证偏振方向不变。

具体的，首先，编码信息需要被调整为特定的偏振态。偏振态是指光的振动方向。在量子光学和光通信中，偏振态经常被用来传输信息。通过某种调制方法，将编码信息映射到光的偏振态上，从而将信息嵌入到光信号中。

接下来，一个特定的偏振方向被设定。这个偏振方向是光在光纤中传输过程中的振动方向。偏振方向可以用角度表示，通常以水平（H）和垂直（V）为基准。这个设定的偏振方向将在整个传输过程中保持不变。在光纤中传输过程中，编码信息的光信号会按照设定的偏振方向进行传输。这意味着光的振动方向将始终与之前设定的偏振方向保持一致。这样，接收端就可以按照相同的偏振方向来解码接收到的信号。

实施例7：在上一实施例的就出上，所述设定偏正方向通过如下公式计算得到：；其中，/>为偏振方向，通过求解/>，得到偏振方向。

具体的，通过组合信号光子和参量光子的复振幅、设定的偏振方向的方向矢量以及相位调制项，得到了在特定偏振方向上的传输状态。这个过程允许信息通过设定的偏振方向进行编码和传输，从而实现了光纤中传输编码信息的偏振控制。公式的右侧开始部分表示信号光子和参量光子的复振幅之和。这一步将两个光子的贡献结合起来，以形成整个系统的复振幅。接下来，公式中的向量/>表示设定的偏振方向的方向矢量。这个向量可以视为偏振态空间中的一个单位矢量，由角度/>所确定，该角度表被用作相位调制项。这个项是由信号光子和参量光子的角频率/>和/>以及非线性相位偏移/>组合而成的。相位调制项将影响光子的相对相位，从而对光的偏振态产生影响。将方向矢量和相位调制项与之前的复振幅相乘，得到了光在特定偏振方向上的传输状态。这意味着复振幅的幅度和相位都将在设定的偏振方向上进行调制。最后，通过比较得到的复振幅与已知的信号光子和参量光子的复振幅，可以解出偏振方向/>。这个角度将被用来设定光纤中传输编码信息的偏振方向。

实施例8：在上一实施例的就出上，所述接收器在接收到编码信息后进行解码的方法包括：将编码信息的纠缠光子对分为信号光子路径和参量光子路径，接下来，进行贝尔态测量，通过测量两条路径上的光子状态，建立它们之间的量子相关性；再进行算符的解码，通过应用算符来恢复编码信息在编码前的量子态。

具体的，接收器接收到的纠缠光子对会被分割成信号光子路径和参量光子路径。这个步骤将纠缠光子对分离为两个独立的通道，每个通道中包含一个信号光子和一个参量光子。接下来，使用贝尔态测量来测量信号光子路径和参量光子路径上的光子状态。贝尔态是一种特殊的量子态，它在量子通信中具有重要作用。贝尔态测量允许测量两个光子之间的量子关联性，从而获得它们之间的信息。通过贝尔态测量，接收器可以获得信号光子路径和参量光子路径之间的量子相关性。这个相关性是纠缠光子对的属性，允许光子之间在量子层面上传递信息。测量的结果可以被用来判断两个光子的状态之间是否存在特定的量子相关性。接收器通过应用适当的算符来解码接收到的信息。这些算符是根据贝尔态测量的结果和预先设定的解码规则确定的。解码算符可以从测量结果中推断出传输的编码信息，从而还原出编码前的量子态。利用纠缠光子对的量子相关性来传输和解码信息。将纠缠光子对分成不同的路径，并使用贝尔态测量来获得它们之间的量子关联性。这个关联性可以被用来解码信息，通过应用合适的算符来恢复编码前的量子态。通过这个过程，接收器可以从传输的纠缠光子对中提取出原始的编码信息，实现高效的量子信息传输和解码。

实施例9：在上一实施例的就出上，所述算符的解码使用如下公式进行表示：表示编码信息，表示编码前的量子态，/>是一个幺正变换，它在解码过程中对编码信息进行操作，以实现解码；/>和/>分别是信号光子路径和参量光子路径上的测量算符，通过贝尔态测量得到；/>是/>的厄米共轭，用于将编码消息的操作转换回正常态；/>为恒等算符。

具体的，在量子通信中，信息首先被编码为量子态，例如量子比特的状态或光子的偏振态等。是一个幺正变换，它可以调整接收到的编码信息量子态的相位和振幅，使其适合后续的解码操作。这种变换不会影响量子态之间的信息内容，只是进行了几何上的调整。接下来，使用贝尔态测量，测量信号光子路径和参量光子路径上的光子状态。这里的/>和/>是两个用于测量的算符。这些测量将会产生一系列测量结果，每个结果代表了信号光子和参量光子之间的相关性。使用逆幺正变换/>将测量结果重新调整回编码信息的状态。恒等算符/>保持量子态的结构。最后，将经过测量和逆乡正变换的结果应用于乡正变换后的编码信息量子态上。具体来说，这是一个操作序列。这个序列的效果是将测量结果校正并重新映射到编码信息的量子态上，从而恢复出编码前的量子态/>。

具体的，表示恒等算符（IdentityOperator），它是一个线性代数中的概念，用于表示不对量子态进行任何变换或操作，保持量子态不变。在量子力学中，恒等算符用于表示不引入任何额外效应的操作，相当于乘以1。在该方程中，/>部分表示对第一个量子比特（信号光子路径）应用算符/>，对第二个量子比特（参量光子路径）应用恒等算符/>。这样的操作可以保持编码态的关系并进行解码操作。

所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的系统，装置和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的系统，装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。

所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。

另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。

所述集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-OnlyMemory)、随机存取存储器(RAM，RandomAccessMemory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

以上所述，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (7)

1.基于共封装技术的光通信模块，其特征在于，所述模块包括：通过共封装技术封装到同一封装体内的激光发生器、非线性晶体、非线性光学编码器、光纤、偏振控制器和接收器；所述激光发生器用于按照设定的发射频率发射设定光频率的泵浦激光，照射到非线性晶体；所述非线性晶体发生自发参量下转换过程，产生纠缠光子对，分别称为信号光子和参量光子；所述非线性光学编码器用于使用Kerr非线性效应，利用纠缠光子对待发送信息进行编码，通过调整信号光子和参量光子的强度分布，在其相互耦合的过程中引入待发送信息，以完成信息编码，得到编码信息；光纤用于将编码信息发送至接收器，在发送过程中，偏振控制器控制以光形式在光纤中传输的编码信息以设定的偏振方向进行传输；所述接收器用于在接收到编码信息后进行解码，包括：将编码信息的纠缠光子对分为信号光子路径和参量光子路径，接下来，进行贝尔态测量，通过测量两条路径上的光子状态，建立它们之间的量子相关性；再进行算符的解码，通过应用算符来恢复编码信息在编码前的量子态；所述非线性晶体发生的自发参量下转换过程使用如下公式进行表示：；其中/>是非线性系数，/>是泵浦激光幅度，/>是信号光子的幅度；/>是参量光子的幅度，/>是信号光子的产生算符，/>是参量光子的产生算符；/>为非线性极化率。

2.如权利要求1所述的基于共封装技术的光通信模块，其特征在于，所述纠缠光子对使用如下公式进行表示：；其中，/>为非线性相位偏移，/>为纠缠光子对，/>为信号光子的水平振态；/>为信号光子的垂直振态；/>为参量光子的水平振态；/>为参量光子的垂直振态。

3.如权利要求2所述的基于共封装技术的光通信模块，其特征在于，所述非线性光学编码器用于使用Kerr非线性效应，利用纠缠光子对待发送信息进行编码，在引入待发送信息时，将待发送信息转换为二进制信息，再调整信号光子和参量光子的强度分布，在非线性介质中，由于Kerr非线性效应，信号光子和参量光子的强度会影响它们之间的相互作用，使得信号光子和参量光子的强度与相位相互耦合；通过控制信号光子和参量光子的强度分布，改变它们的相互耦合强度，将这种变化被作为编码信息。

4.如权利要求3所述的基于共封装技术的光通信模块，其特征在于，信号光子和参量光子的强度与相位相互耦合的耦合关系使用如下公式进行表示：；/>为信号光子在传播距离/>处的复振幅，复振幅包含了振幅和相位信息；/>为参量光子在传播距离/>处的复振幅，复振幅包含了振幅和相位信息；/>为纠缠光子对在非线性介质中传播的距离；/>为Kerr非线性系数，它表示了介质中非线性效应的强度；/>为参量光子的强度；为信号光子的强度。

5.如权利要求4所述的基于共封装技术的光通信模块，其特征在于，所述偏振控制器控制以光形式在光纤中传输的编码信息的已设定的偏振方向进行传输的方法包括：首先将编码信息调整为偏振态；然后设定一个偏振方向，控制在光纤中传输的编码信息的按照设定的偏振方向进行传输，在传输过程中，保证偏振方向不变。

6.如权利要求5所述的基于共封装技术的光通信模块，其特征在于，设定的偏正方向通过如下公式计算得到：；其中，为偏振方向，通过求解/>，得到偏振方向；/>为信号光子的角频率；/>为参量光子的角频率。

7.如权利要求6所述的基于共封装技术的光通信模块，其特征在于，所述算符的解码使用如下公式进行表示：表示编码信息，/>表示编码前的量子态，/>是一个幺正变换，它在解码过程中对编码信息进行操作，以实现解码；/>和/>分别是信号光子路径和参量光子路径上的测量算符，通过贝尔态测量得到；/>是/>的厄米共轭，用于将编码消息的操作转换回正常态；/>为恒等算符。