CN220798294U - 一种量子密钥分发装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种量子密钥分发装置，所述量子密钥分发装置包括依次连接的激光光源、第一透镜、第二透镜、第三透镜、第一空间光调制器、第四透镜、第二空间光调制器和第五透镜；激光光源产生不同波长的光信号后依次发送到第一透镜和第二透镜中进行光信号的OAM模式转换为平面波的处理，所述平面波进入到第三透镜L3波聚焦变换后输出一个光束到第一空间光调制器中进行强度信息和相位信息调制后依次进入第四透镜L4、第二空间光调制器和第五透镜，第五透镜将第二空间光调制器输入的光束聚焦成一个光斑后输出单光子水平的光信号。本实用新型可以有效输出更多的可探测光子，提高光子利用率和密钥生成率。
Description
技术领域
本实用新型涉及量子信息与光通信技术领域，具体涉及一种量子密钥分发装置。
背景技术
随着技术的发展，现有的基于计算复杂度密码体系受到了挑战，一次一密技术被重视起来。因此基于量子力学原理，即海森堡测不准原理和量子态不可克隆原理的量子密钥分发(QuantumKeyDistribution，QKD)技术受到了人们的青睐，其基于量子力学的安全性保证了信息安全。量子密钥分发能以绝对安全的方式让处于不同地理位置的合法参与者分享密钥，双方的密钥发送信道可以是自由空间或者光纤。
轨道角动量(OrbitalAngularMomentum,OAM)具有高维特性，理论上有无限多个本征态，这使得单个光子在理论上可以承载无限量的信息，给数据传输容量的大幅提升提供了可能性。现在已经有不少利用光子的轨道角动量来实现高维量子系统的研究出现，例如一种用分振幅法产生双光束以实现干涉的M-Z干涉仪，清楚地体现了量子力学中的路径选择问题，在QKD中有着重要应用。
因此如何提高量子密钥分发的光子利用率和成码率是现有技术亟待解决的问题。有待对现有技术的不足进行改进，提出一种量子密钥分发装置。
实用新型内容
本实用新型的目的是为了克服上述技术的缺陷，为了解决量子密钥分发的，提出了量子密钥分发装置。
本实用新型通过下述技术方案实现的：
一种量子密钥分发装置，所述量子密钥分发装置包括依次连接的激光光源、第一透镜、第二透镜、第三透镜、第一空间光调制器、第四透镜、第二空间光调制器和第五透镜；
所述量子密钥分发装置用于产生单光子水平的光信号并完成密钥分发。
优选地，所述激光光源用于产生不同波长的光信号并输入到第一透镜和第二透镜。
优选地，所述第一透镜和第二透镜均用于将光信号的OAM模式转换为平面波；所述第三透镜是中继透镜，用于将第二透镜输入的平面波聚焦变换后输出一个光束到第一空间光调制器。
优选地，所述第一空间光调制器用于对所述光束的强度信息和相位信息进行编程后并对该光束进行复制；
所述第四透镜是镀膜透镜，用于对空间光调制器输入的光束进行复制后输入到第二空间光调制器；
所述第二空间光调制器用于对所述光束进行变换图像处理；
所述第五透镜作为傅里叶变换透镜，用于将第二空间光调制器输入的光束聚焦成一个光斑后输出单光子水平的光信号。
优选地，所述激光光源产生不同波长的光信号后依次发送到第一透镜和第二透镜中，在第一透镜和第二透镜中所述光信号的OAM模式转换为平面波，所述平面波进入到第三透镜L3波聚焦变换后输出一个光束到第一空间光调制器。
优选地，所述第一空间光调制器对所述光束的强度信息和相位信息进行编程后并对该光束进行复制得到多个复制光束，所述多个复制光束进入到第四透镜L4中进行模式复制处理后进入到第二空间光调制器进行变换图像处理后进入第五透镜，所述第五透镜将第二空间光调制器输入的光束聚焦成一个光斑后输出单光子水平的光信号。
优选地，所述信号接收装置为电荷耦合器件。
本实用新型的有益效果为：
本实用新型通过采用空间光调制器可以对光束的强度信息和相位进行调制后并通过透镜将光束聚焦成一个光斑后输出单光子水平的光信号，可以有效输出更多的可探测光子，提高光子利用率和密钥生成率。
附图说明
图1为本实用新型一种量子密钥分发装置的原理框图。
具体实施方式
为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例对本实用新型进行进一步详细说明，但本实用新型要求保护的范围并不局限于下述具体实施例。
一种量子密钥分发装置，如图1所示，所述量子密钥分发装置包括依次连接的激光光源、第一透镜L1、第二透镜L2、第三透镜L3、第一空间光调制器SLM1、第四透镜L4、第二空间光调制器SLM2和第五透镜L5；
本实施例中的激光光源采用氦氖激光器，所述氦氖激光器用于产生不同波长的光信号；
所述第一透镜L1和第二透镜L2均用于将光信号的OAM模式转换为平面波；
所述第三透镜L3是中继透镜，用于将第二透镜L2输入的平面波聚焦变换后输出一个光束到第一空间光调制器SLM1；
所述第一空间光调制器SLM1用于对所述光束的强度信息和相位信息进行编程后并对该光束进行复制；
所述第四透镜L4是镀膜透镜，用于对空间光调制器输入的光束进行复制后输入到第二空间光调制器SLM2；
所述第二空间光调制器SLM2用于作为相位校正光学元件对所述光束进行变换图像处理；
所述第五透镜L5作为傅里叶变换透镜，用于将第二空间光调制器SLM2输入的光束聚焦成一个光斑后输出单光子水平的光信号。
本实施例的工作原理如下：
激光光源产生不同波长的光信号后依次发送到第一透镜L1和第二透镜L2中，在第一透镜L1和第二透镜L2中所述光信号的OAM模式转换为平面波，所述平面波进入到第三透镜L3波聚焦变换后输出一个光束到第一空间光调制器SLM1；
接着所述第一空间光调制器SLM1对所述光束的强度信息和相位信息进行编程后并对该光束进行复制得到多个复制光束，所述多个复制光束进入到第四透镜L4中进行模式复制处理后进入到第二空间光调制器SLM2进行变换图像处理后进入第五透镜L5，所述第五透镜L5将第二空间光调制器SLM2输入的光束聚焦成一个光斑后输出单光子水平的光信号进入到信号接收装置；
所述信号接收装置为电容耦合器件，所述信号接收装置对所述量子信号进行探测和响应后输出数字信号，即公布探测结果；具体地，信号接收装置通过感光材料将量子信号转化为模拟信号，该模拟信号再通过放大和模数转换转化为数字信号。
本实用新型通过采用空间光调制器可以对光束的强度信息和相位进行调制后并通过透镜将光束聚焦成一个光斑后输出单光子水平的光信号，可以有效输出更多的可探测光子，提高光子利用率和密钥生成率。
根据上述说明书的揭示和教导，本实用新型所属领域的技术人员还可以对上述实施方式进行变更和修改。因此，本实用新型并不局限于上面揭示和描述的具体实施方式，对实用新型的一些修改和变更也应当落入本实用新型的权利要求的保护范围内。此外，尽管本说明书中使用了一些特定的术语，但这些术语只是为了方便说明，并不对实用新型构成任何限制。
Claims (7)
1.一种量子密钥分发装置，其特征在于，所述量子密钥分发装置包括依次连接的激光光源、第一透镜、第二透镜、第三透镜、第一空间光调制器、第四透镜、第二空间光调制器和第五透镜；
所述量子密钥分发装置用于产生单光子水平的光信号并完成密钥分发。
2.如权利要求1所述的一种量子密钥分发装置，其特征在于，所述激光光源用于产生不同波长的光信号并输入到第一透镜和第二透镜。
3.如权利要求2所述的一种量子密钥分发装置，其特征在于，所述第一透镜和第二透镜均用于将光信号的OAM模式转换为平面波；所述第三透镜是中继透镜，用于将第二透镜输入的平面波聚焦变换后输出一个光束到第一空间光调制器。
4.如权利要求3所述的一种量子密钥分发装置，其特征在于，所述第一空间光调制器用于对所述光束的强度信息和相位信息进行编程后并对该光束进行复制；
所述第四透镜是镀膜透镜，用于对空间光调制器输入的光束进行复制后输入到第二空间光调制器；
所述第二空间光调制器用于对所述光束进行变换图像处理；
所述第五透镜作为傅里叶变换透镜，用于将第二空间光调制器输入的光束聚焦成一个光斑后输出单光子水平的光信号。
5.如权利要求1所述的一种量子密钥分发装置，其特征在于，所述激光光源产生不同波长的光信号后依次发送到第一透镜和第二透镜中，在第一透镜和第二透镜中所述光信号的OAM模式转换为平面波，所述平面波进入到第三透镜波聚焦变换后输出一个光束到第一空间光调制器。
6.如权利要求5所述的一种量子密钥分发装置，其特征在于，所述第一空间光调制器对所述光束的强度信息和相位信息进行编程后并对该光束进行复制得到多个复制光束，所述多个复制光束进入到第四透镜中进行模式复制处理后进入到第二空间光调制器进行变换图像处理后进入第五透镜，所述第五透镜将第二空间光调制器输入的光束聚焦成一个光斑后输出单光子水平的光信号。
7.如权利要求1所述的一种量子密钥分发装置，其特征在于，所述激光光源采用氦氖激光器。
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