RU80637U1 - INTEGRAL OPTICAL SWITCH FOR PHASE CODING QUANTUM CRYPTOGRAPHY SYSTEMS - Google Patents

INTEGRAL OPTICAL SWITCH FOR PHASE CODING QUANTUM CRYPTOGRAPHY SYSTEMS Download PDF

Info

Publication number
RU80637U1
RU80637U1 RU2008140713/22U RU2008140713U RU80637U1 RU 80637 U1 RU80637 U1 RU 80637U1 RU 2008140713/22 U RU2008140713/22 U RU 2008140713/22U RU 2008140713 U RU2008140713 U RU 2008140713U RU 80637 U1 RU80637 U1 RU 80637U1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
optical switch
quantum
quantum cryptography
optical
switch
Prior art date
Application number
RU2008140713/22U
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Ольга Александровна Кулиш
Михаил Михайлович Векшин
Original Assignee
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Краснодарское высшее военное училище (военный институт) имени генерала армии С.М. Штеменко" Министерства обороны Российской Федерации
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Краснодарское высшее военное училище (военный институт) имени генерала армии С.М. Штеменко" Министерства обороны Российской Федерации filed Critical Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Краснодарское высшее военное училище (военный институт) имени генерала армии С.М. Штеменко" Министерства обороны Российской Федерации
Priority to RU2008140713/22U priority Critical patent/RU80637U1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU80637U1 publication Critical patent/RU80637U1/en

Links

Landscapes

  • Optical Communication System (AREA)

Abstract

Полезная модель относится к технике связи, а именно к устройствам квантовой криптографии. Задачей полезной модели является построение квантово-криптографической сети с несколькими приемниками секретного ключа, осуществление передачи ключа по волоконно-оптическим сетям общего пользования. Интегрально-оптический коммутатор 8×8, содержащий 64 переключателя, соединенных направленными ответвителями, отличающийся тем, что все переключатели устройства выполнены на одной стеклянной подложке с использованием технологий интегральной оптики. 1 ил.The utility model relates to communication technology, namely to quantum cryptography devices. The purpose of the utility model is to build a quantum cryptographic network with several secret key receivers, and to transmit the key over public fiber optic networks. Integrated optical switch 8 × 8, containing 64 switches connected by directional couplers, characterized in that all the switches of the device are made on the same glass substrate using integrated optics technology. 1 ill.

Description

Предлагаемое устройство относится к технике связи и может быть использовано как элемент в системах квантовой криптографии с дифференциальной фазовой модуляцией оптического сигнала.The proposed device relates to communication technology and can be used as an element in quantum cryptography systems with differential phase modulation of the optical signal.

Известен интегрально-оптический переключатель волоконных систем связи на основе интерферометра Маха-Цендера и направленных ответвителей, состоящий из волноводных плеч интерферометра, соединенных оптическими разветвителями. Для изменения показателя преломления в одном из плеч интерферометра используется термооптический эффект. В зависимости от величины вносимого сдвига фазы оптическое излучение направляется в один из двух выходов направленного ответвителя интерферометра. (Espinola R.L., Tsu M.-C., Yardley J.Т. and Osgood R.M. "Fast and low-power thermooptic switch on thin silicon-on-insulator," J. IEЕЕ Photon. Technol. Lett, 1999, V.15, pp.1366.).Known integrated optical switch fiber communication systems based on the Mach-Zehnder interferometer and directional couplers, consisting of waveguide arms of the interferometer connected by optical splitters. To change the refractive index in one of the arms of the interferometer, a thermo-optical effect is used. Depending on the magnitude of the introduced phase shift, the optical radiation is directed to one of the two outputs of the directional coupler of the interferometer. (Espinola RL, Tsu M.-C., Yardley J.T. and Osgood RM "Fast and low-power thermooptic switch on thin silicon-on-insulator," J. IEEE Photon. Technol. Lett, 1999, V.15 , pp. 1366.).

Недостатками данного устройства являются: невозможность отправки квантово-криптографического ключа нескольким получателям и построения оптической сети. Применяемый в квантовой криптографии интегрально-оптический переключатель позволяет передать секретный ключ только двум получателям. При необходимости передачи информации большому количеству пользователей возникает необходимость в использовании сложного соединения нескольких отдельных коммутаторов, что приводит к потерям однофотонного импульсного излучения и искажению переданного секретного ключа.The disadvantages of this device are: the inability to send a quantum cryptographic key to multiple recipients and the construction of an optical network. The integrated optical switch used in quantum cryptography allows transmitting the secret key to only two recipients. If it is necessary to transmit information to a large number of users, it becomes necessary to use a complex connection of several separate switches, which leads to loss of single-photon pulsed radiation and distortion of the transmitted secret key.

Целью предлагаемого устройства является построение квантово-криптографической сети с несколькими приемниками квантового ключа.The purpose of the proposed device is to build a quantum cryptographic network with several receivers of a quantum key.

Цель достигается тем, что из интегрально-оптических переключателей на основе интерферометра Маха-Цендера формируется матрица коммутатора, состоящая из 64-х переключателей, соединенных The goal is achieved by the fact that from the integrated optical switches based on the Mach-Zehnder interferometer, a switch matrix is formed, consisting of 64 switches connected

направленными ответвителями. Интегрально-оптический коммутатор имеет 8 входов и 8 выходов.directional couplers. The integrated optical switch has 8 inputs and 8 outputs.

В результате проведенного математического анализа предлагаемое устройство позволяет построить квантово-криптографическую сеть для передачи ключа нескольким пользователям и управлять оптическим путем по отношению к слабым сигналам на оптических фотонах совместно с высокоскоростными потоками цифровых данных, использующих мощные световые импульсы. Матрица-переключатель 8×8 может быть использована в волоконно-оптических сетях, в которых оптический путь должен контролироваться без преобразования в электрические сигналы.As a result of the mathematical analysis, the proposed device allows constructing a quantum cryptographic network for transmitting the key to several users and controlling the optical path with respect to weak signals on optical photons together with high-speed digital data streams using powerful light pulses. The 8 × 8 matrix switch can be used in fiber optic networks in which the optical path must be monitored without conversion to electrical signals.

На схеме 1 изображено устройство интегрально-оптического коммутатора 8×8 для сетей квантовой криптографии с фазовым кодированием. Устройство содержит стеклянную подложку, на которой находятся микроволноводные интерферометры Маха-Цендера. Плечи интерферометров соединены интегрально-оптическими разветвителями. В плечах интерферометров могут быть встроены фазовые модуляторы на основе термооптического эффекта.Figure 1 shows the device of the integrated optical switch 8 × 8 for networks of quantum cryptography with phase coding. The device contains a glass substrate on which are located Mach-Zehnder microwave interferometers. The arms of the interferometers are connected by integrated optical couplers. At the shoulders of the interferometers, phase modulators based on the thermo-optical effect can be integrated.

Устройство работает следующим образом. Оптическое излучение от лазера вводится на один из входов коммутатора, с помощью разветвителя оно разделяется на два луча одинаковой интенсивности. На выходе первого интерферометра лучи, проходя через второй разветвитель, образуют интерференционную картину. Если в плечо интерферометра встроен фазовый модулятор, то в зависимости от вносимого сдвига фазы оптическое излучение выходит из первого или второго выхода разветвителя. Выбор фазовых сдвигов, создаваемых в плечах интерферометров, позволяет направлять оптическое излучение на различные выходы коммутатора. Каждый выход коммутатора может быть соединен волоконной линией связи с получателем квантово-криптографического ключа. Как известно из квантовой оптики при прохождении единичных фотонов через две щели получается такая же интерференционная картина, как и при интерференции The device operates as follows. Optical radiation from the laser is introduced at one of the inputs of the switch, using a splitter it is divided into two beams of the same intensity. At the output of the first interferometer, the rays passing through the second splitter form an interference pattern. If a phase modulator is built into the arm of the interferometer, then, depending on the phase shift introduced, the optical radiation leaves the first or second output of the splitter. The choice of phase shifts created in the arms of the interferometers allows directing optical radiation to various outputs of the switch. Each output of the switch can be connected by a fiber communication line to the recipient of a quantum cryptographic key. As is known from quantum optics, when single photons pass through two slits, the same interference pattern is obtained as with interference

световых волн. Поэтому для единичных фотонов коммутатор будет работать так же, как и для световой волны. При прохождении коммутационных узлов однофотонный оптический сигнал не должен частично или полностью трансформироваться в электрический сигнал, так как в этом случае квантовое состояние фотона будет разрушено во время прохождения коммутатора. Поэтому оптический путь в системах квантовой криптографии должен контролироваться без преобразования в электрические сигналы, что позволяет сделать интегрально-оптическая матрица-переключатель 8×8. При совмещении слабых сигналов с мощными информационными потоками будет происходить их пересечение в матрице коммутатора. При этом нет никакой необходимости в разнесении сигналов во времени. Они могут посылаться одновременно и независимо друг от друга, а выделение сигнала, соответствующего передаваемому ключу, может быть произведено с помощью оптического спектрального фильтра в портах приема одиночных импульсов. Соединение большого количества переключателей на одной подложке дает возможность избежать потерь мощности излучения при стыковке интегрально-оптических элементов, что существенно улучшает передачу слабых однофотонных импульсов.light waves. Therefore, for single photons, the switch will work in the same way as for a light wave. When passing through the switching nodes, a single-photon optical signal should not be partially or completely transformed into an electrical signal, since in this case the quantum state of the photon will be destroyed during the passage of the switch. Therefore, the optical path in quantum cryptography systems should be monitored without conversion to electrical signals, which makes it possible to make an 8 × 8 integrated optical switch matrix. When combining weak signals with powerful information flows, they will intersect in the matrix of the switch. There is no need for time diversity of signals. They can be sent simultaneously and independently of each other, and the selection of the signal corresponding to the transmitted key can be done using an optical spectral filter in the reception ports of single pulses. The connection of a large number of switches on a single substrate makes it possible to avoid radiation power losses during the coupling of integrated optical elements, which significantly improves the transmission of weak single-photon pulses.

Применение коммутатора 8×8 в системах квантовой криптографии по сравнению с прототипом дает возможность передать секретный ключ нескольким получателям, построить сеть передачи квантовой информации, осуществлять передачу секретного ключа по волоконно-оптическим сетям общего пользования.The use of the 8 × 8 switch in quantum cryptography systems, in comparison with the prototype, makes it possible to transmit the secret key to several recipients, build a quantum information transmission network, and transmit the secret key over public fiber optic networks.

Claims (1)

Интегрально-оптический коммутатор для систем квантовой криптографии с фазовым кодированием на основе интерферометров Маха-Цендера, содержащий 64 переключателя, соединенных направленными ответвителями, отличающийся тем, что, с целью построения квантово-криптографической сети с несколькими приемниками секретного ключа, все переключатели устройства выполнены на одной стеклянной подложке с использованием технологий интегральной оптики, устройство позволяет избежать потерь оптического излучения на стыковку большого количества коммутаторов в квантово-криптографических сетях.
Figure 00000001
Integrated optical switch for phase-coding quantum cryptography systems based on Mach-Zehnder interferometers, containing 64 switches connected by directional couplers, characterized in that, in order to build a quantum cryptographic network with several secret key receivers, all device switches are made on one glass substrate using integrated optics technology, the device avoids loss of optical radiation at the junction of a large number of commutators tori in quantum cryptographic networks.
Figure 00000001
RU2008140713/22U 2008-10-14 2008-10-14 INTEGRAL OPTICAL SWITCH FOR PHASE CODING QUANTUM CRYPTOGRAPHY SYSTEMS RU80637U1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2008140713/22U RU80637U1 (en) 2008-10-14 2008-10-14 INTEGRAL OPTICAL SWITCH FOR PHASE CODING QUANTUM CRYPTOGRAPHY SYSTEMS

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2008140713/22U RU80637U1 (en) 2008-10-14 2008-10-14 INTEGRAL OPTICAL SWITCH FOR PHASE CODING QUANTUM CRYPTOGRAPHY SYSTEMS

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU80637U1 true RU80637U1 (en) 2009-02-10

Family

ID=40547280

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2008140713/22U RU80637U1 (en) 2008-10-14 2008-10-14 INTEGRAL OPTICAL SWITCH FOR PHASE CODING QUANTUM CRYPTOGRAPHY SYSTEMS

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU80637U1 (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2566335C1 (en) * 2014-04-04 2015-10-20 Общество с ограниченной ответственностью "Лаборатория оптико-электронных приборов" (ООО "ЛОЭП") Method of generating private keys using time-entangled photon pairs
RU2754390C1 (en) * 2021-02-09 2021-09-01 ОБЩЕСТВО С ОГРАНИЧЕННОЙ ОТВЕТСТВЕННОСТЬЮ "КуРэйт" (ООО "КуРэйт") Optical circuit of receiver and system for quantum key distribution

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2566335C1 (en) * 2014-04-04 2015-10-20 Общество с ограниченной ответственностью "Лаборатория оптико-электронных приборов" (ООО "ЛОЭП") Method of generating private keys using time-entangled photon pairs
RU2754390C1 (en) * 2021-02-09 2021-09-01 ОБЩЕСТВО С ОГРАНИЧЕННОЙ ОТВЕТСТВЕННОСТЬЮ "КуРэйт" (ООО "КуРэйт") Optical circuit of receiver and system for quantum key distribution

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Luo et al. Recent progress in quantum photonic chips for quantum communication and internet
Ding et al. High-dimensional quantum key distribution based on multicore fiber using silicon photonic integrated circuits
Martin et al. A quantum relay chip based on telecommunication integrated optics technology
Biberman et al. Broadband operation of nanophotonic router for silicon photonic networks-on-chip
CN106375088B (en) Encoder and decoder chips for quantum cryptography communication
EP2007062A2 (en) Quantum cryptography device
US20090046857A1 (en) Quantum cryptography transmission system and optical device
US10244297B1 (en) Reduced crosstalk photonic switch
Li et al. Single Microring-Based $2\times 2$ Silicon Photonic Crossbar Switches
Kim et al. Quantum communication with time-bin entanglement over a wavelength-multiplexed fiber network
Du et al. Silicon-based decoder for polarization-encoding quantum key distribution
Hossain et al. Modelling of silicon micro-ring resonator based all-optical precoder circuit for differential quadrature phase-shift keying
Das et al. Scalable two-mode 3-port and 4-port mode insensitive silicon photonic switches
CN101071249A (en) System for realizing multi photon field waveguide mode entanglement
Sun et al. MO detector (MOD): a dual-function optical modulator-detector for on-chip communication
Ye et al. All-optical NAND gate using integrated SOA-based Mach–Zehnder interferometer
RU80637U1 (en) INTEGRAL OPTICAL SWITCH FOR PHASE CODING QUANTUM CRYPTOGRAPHY SYSTEMS
CN104579641A (en) Phase encoding device in quantum communication system
Aldama et al. Integrated QKD and QRNG photonic technologies
Pal et al. An alternative approach of developing a frequency encoded optical tri-state multiplexer with broad area semiconductor optical amplifier (BSOA)
JP5075480B2 (en) Optical pulse pattern generator
CN110149208B (en) Transmitting end coding module of integrated time phase coding quantum key distribution system
Kaler et al. Implentation of optical encoder and multiplexer using Mach–Zehnder inferometer
Mehra et al. Mach zehnder Interferometer and it's Applications
Lee et al. Multi-wavelength message routing in a non-blocking four-port bidirectional switch fabric for silicon photonic networks-on-chip

Legal Events

Date Code Title Description
MM1K Utility model has become invalid (non-payment of fees)

Effective date: 20091015