[发明专利]一种量子密钥分发光子发射端

说明书

本发明实施例提供一种量子密钥分发光子发射端，属于量子技术领域。包括：光源芯片及空间光学结构；空间光学结构包括光学滤波片、光阑及准直凸透镜；光源芯片，用于发射出不同偏振态的光子；光阑及准直凸透镜，用于将不同偏振态的光子合为一束准直输出，并利用光学衍射极限原理消除不同偏振态的光子因产生位置不同而带来的附加信息；光学滤波片，用于消除光源芯片发射出的不同偏振态的光子在频谱上的差异。本发明实施例提供的量子密钥分发光子发射端，集成的光源芯片使得线偏振光源之间的间距很小，可以达到几十微米量级，从而相应的光阑，准直凸透镜和光学滤波片的尺寸都可以设计的非常小，进而使得光子发射端整体结构可实现微型化。

技术领域

本发明实施例涉及量子技术领域，尤其涉及一种量子密钥分发光子发射端。

背景技术

量子密钥分配基于单光子不可再分、海森堡不确定关系、测量塌缩原理和量子不可克隆原理，是一种可以从理论上证明信息论意义安全的密钥建立和分发的方式，是当代量子保密通信技术的基础。量子密钥分发使用单光子作为密钥产生和分发的媒介，在单光子上以偏振、相位等方式进行编码，通过量子密钥分发协议可以在量子密钥分发双方建立密钥。目前，量子密钥分发主要应用在增强长距离通信的安全性。采用光纤作为量子信道已可以实现几百公里的量子密钥分发，采用自由空间作为量子信道通过卫星技术已可以实现上千公里的量子密钥分发。

另一方面，像手机这样的便携设备一般通过无线通信技术实现与其他设备的通信，无线通信信号辐射在空间易于被窃听。便携设备的通信同样具有迫切的安全保密需要。这里考虑一种便携设备通信应用的实际场景。便携设备与应用主机设备之间通过无线通信技术彼此通信。为了对无线通信内容进行保护，在通信前在便携设备和应用主机设备之间利用量子密钥分发技术建立安全的密钥。便携设备与应用主机设备之间采用偏振编码的BB84协议实现量子密钥分发功能，采用短距离自由空间作为量子信道。对于偏振编码的BB84协议的量子密钥分发技术，光子发射端一般采用四个不同偏振态的线偏振光源随机调制并合为一束，最后衰减到单光子水平实现。接收端则需要若干单光子探测器支持，以目前的技术尚不能小型化。目前用于长距离量子密钥分发的光子发射端体积大，成本高，难以直接用于便携设备。因此，需要探索新的量子密钥分发光子发射端实现技术，在实现量子密钥分发功能的同时，尽可能简化设计，实现便携设备应用。

发明内容

为了解决上述问题，本发明实施例提供一种克服上述问题或者至少部分地解决上述问题的量子密钥分发光子发射端。

根据本发明实施例的一方面，提供了一种量子密钥分发光子发射端，该量子密钥分发光子发射端包括：光源芯片及空间光学结构；空间光学结构包括光学滤波片、光阑及准直凸透镜；光源芯片，用于发射出不同偏振态的光子；光阑及准直凸透镜，用于将不同偏振态的光子合为一束准直输出，并利用光学衍射极限原理消除不同偏振态的光子因产生位置不同而带来的附加信息；光学滤波片，用于消除光源芯片发射出的不同偏振态的光子在频谱上的差异。

本发明实施例提供的量子密钥分发光子发射端，通过光学滤波片消除不同偏振态光子的频谱差别，通过光阑和准直凸透镜结构消除不同偏振态光子产生位置不同带来的附加信息，集成的光源芯片使得线偏振光源之间的间距很小，可以达到几十微米量级，从而相应的光阑，准直凸透镜和光学滤波片的尺寸都可以设计的非常小，进而使得光子发射端整体结构可实现微型化。

可选地，光源芯片包括：预设数量组线偏振光源；

其中，每组线偏振光源均由线栅起偏器及制备在衬底上的发光二极管所组成，不同组的线偏振光源用于发射出不同偏振态的光子。

可选地，发光二极管上方制备有金属层，且在金属层制备有线栅；其中，线栅用于作为发光二极管的电极，且作为线栅起偏器。

可选地，发光二极管具有独立电极，且在发光二极管的上方生长有金属层；金属层上制备有线栅起偏器。