[发明专利]一种低损耗低驱动电压的高速偏振控制器及光量子偏振态控制模块

说明书

本发明公开了一种低损耗低驱动电压的高速偏振控制器及光量子偏振态控制模块，在保持了现有技术的铌酸锂电光偏振控制器的高响应速率的同时，降低了铌酸锂电光偏振控制器的驱动电压和器件插入损耗，减小了器件尺寸，提升了器件工作性能的稳定性。为进一步地减小量子密钥分发系统接收端的光量子偏振态控制模块的损耗和体积，本发明提出了一种集成有铌酸锂电光偏振控制器和偏振分束器的光量子偏振态控制模块，为推动量子保密通信技术向低建设成本、高通信速率、长传输距离发展提供有力的支撑。

技术领域

本发明涉及量子密钥分发、量子纠缠光子对产生等量子保密通信领域，特别是涉及一种低损耗低驱动电压的高速偏振控制器及光量子偏振态控制模块。

背景技术

近年来，基于量子密钥分发系统的量子保密通信技术，采用传输量子密钥的方式，提供了一种理论上不会被窃听的“绝对安全”的通信方式。量子保密通信技术的“绝对安全”来自于信息的载体―光量子―的不可克隆性以及不确定性等独特的量子物理特性。

在量子密钥分发系统的接收端，需确保不同光纤信道所传输的光量子的光谱信息、时序信息、偏振信息等多维度的信息是不可分辨的。以光量子的偏振信息为例，量子密钥分发系统采用传统的光纤信道进行光量子态的传输，而光纤双折射现象的存在导致光量子的偏振状态在经过光纤信道传输后会不可避免地发生变化。因此，在量子密钥分发系统接收端的干涉分束器前，常在每一信道中加入一个偏振控制器和一个偏振分束器，组成一个光量子偏振控制装置，以实现各信道的光量子偏振信息的不可分辨。

应用于量子密钥分发系统的偏振控制器主要是基于压电陶瓷的光纤挤压型偏振控制器，通过压电陶瓷通电后产生形变的推力挤压光纤，从而产生应力双折射，实现光量子偏振态的改变。光纤挤压型偏振控制器的优势在于简单的结构和很低的器件插入损耗，但这种偏振控制器的响应时间过慢，难以满足量子密钥分发系统对高通信速率的发展需求。

基于铌酸锂晶体线性电光效应的光电子器件有着极快的响应速度(纳秒量级)，这一优势在目前已十分成熟的铌酸锂相位调制器和强度调制器等电光调制器中得到了充分的体现。基于线性电光效应的铌酸锂电光偏振控制器在一定的驱动电压控制下可实现任意偏振状态的转换，并且同铌酸锂电光调制器一样有着极快的响应速度。

与光纤挤压型偏振控制器相比，铌酸锂电光偏振控制器的缺点主要在于较长的器件长度和较大的器件插入损耗。

首先，较长的器件长度，不仅增加了量子密钥分发系统接收端的偏振控制装置的体积，也不利于铌酸锂电光偏振控制器与其他器件(如偏振分束器)的模块化集成甚至单片集成(否则器件尺寸更大)。

其次，较大的器件插入损耗，降低了抵达单光子探测器的光量子数量，使得量子密钥分发系统接收端不得不使用探测灵敏度更高、暗计数更低的单光子探测器，同时也要缩减量子密钥分发网络各通信节点之间的距离，这无疑增加了量子密钥分发系统的技术难度和建设成本。

发明内容

本发明的目的是提供一种低损耗低驱动电压的高速偏振控制器及光量子偏振态控制模块，在保持了现有技术的铌酸锂电光偏振控制器的高响应速率的同时，降低了铌酸锂电光偏振控制器的驱动电压和器件插入损耗，减小了器件尺寸，提升了器件工作性能的稳定性。为进一步地减小量子密钥分发系统接收端的光量子偏振态控制模块的损耗和体积，本发明提出了集成有铌酸锂电光偏振控制器和偏振分束器的光量子偏振态控制模块，为推动量子保密通信技术向低建设成本、高通信速率、长传输距离发展提供有力的支撑。

为实现本发明的目的，本发明提供了一种低损耗低驱动电压的高速偏振控制器，包括：基底晶片、下粘接层、铌酸锂单晶薄膜、直条型光学波导、下层金属电极、上层金属电极，

所述基底晶片为光学级、双面抛光的铌酸锂或石英晶片，其厚度为0.1mm至2mm；

所述下粘接层为二氧化硅薄膜，位于基底晶片与铌酸锂单晶薄膜之间，厚度为0.1μm至5μm；