[发明专利]一种具有宽波段偏振保持功能的库德光路系统及其设计方法

说明书

本发明公开了一种具有宽波段偏振保持功能的库德光路及其设计方法，包括：若干组反射镜组和偏振光，每一所述反射镜组包括两个相对方位旋转90度的反射镜；所述偏振光以准直光束入射，且依次经过若干组所述反射镜组后出射，所述偏振光在任一所述反射镜上的入射角均为45度，以对不同波长的偏振光均具有保偏效果，本发明通过对量子通信终端中的库德光路进行复杂化处理，将库德光路中三片反射镜复杂化成三组入射面相互垂直的反射镜，对两反射镜的相位延迟进行补偿，在库德光路中实现了偏振保持的效果，提出的库德光路设计可以满足宽波段的偏振光传输要求，降低了金属反射镜的保偏镀膜要求。

技术领域

本发明涉及光通信领域，具体涉及一种具有宽波段偏振保持功能的库德光路系统及其设计方法。

背景技术

量子通信是量子信息领域中最实际的方向之一。目前自由空间量子通信中最容易实现的是量子密钥分发技术(Quantum Key Distribution，QKD)技术，QKD中量子信息的载体为光子的偏振态，光子的偏振态直接可以代替经典二进制码(bit)对信号进行编码，从而实现量子密钥的分发，达到量子保密通信的目的。在对量子通信终端的光学系统进行设计的过程中，必须要考虑光学元件对偏振态的影响，设计出偏振保持的光学系统以满足整个探测系统对偏振度的保偏要求，其中要重点考虑反射镜对偏振态变化的影响。

库德光路是一种全反射光路，由反射镜将光线导入库德光路，通过多面高精度反射镜反射改变光的传播路径，使光线通过库德镜后可以发送到预定的方向上去。量子通信过程中需要实时改变出射光束传播方向，保持光路对准，就需要借助库德光路完成光路的折转。量子通信中偏振光经过传统库德光路后会产生相位延迟，造成偏振态退化，信号传输质量下降，同时现有的保偏镀膜技术无法满足宽波段的保偏要求。

发明内容

本发明旨在解决偏振光经过传统库德光路后会产生相位延迟，造成偏振态退化，信号传输质量下降的问题，通过光路设计，改变入射光的偏振方向与光学入射面的相对方向(入射面是一片反射镜上面的出射光束和出射光束组成的平面)，从而达到偏振度保持的目的，同时也能实现宽波段的偏振光传输。为达到上述目的，本发明通过以下技术方案实现：

一种具有宽波段偏振保持功能的库德光路系统，包括：若干组反射镜组和偏振光，每一所述反射镜组包括两个相对方位旋转90度的反射镜；所述偏振光以准直光束入射，且依次经过若干组所述反射镜组后出射，所述偏振光在任一所述反射镜上的入射角均为45度，以对宽波段的偏振光进行偏振保持传输。

优选的，所述偏振光为水平线偏振光、竖直线偏振光、45度线偏振光和-45度线偏振光中的任意一种。

优选的，所有所述反射镜均采用同一批次的母镜切割而成。

优选的，每一所述反射镜的面形精度RMS均优于1/40λ(λ＝632.8nm)，且对水平和竖直偏振光的透光率差异均优于2％。

优选的，所述反射镜组设置有三组，三组所述反射镜组包括：第一反射镜组、第二反射镜组和第三反射镜组；所述第一反射镜组包括第一反射镜和第二反射镜，所述第一反射镜和第二反射镜的相对方位旋转角度为90度；所述第二反射镜组包括第三反射镜和第四反射镜，所述第三反射镜和第四反射镜的相对方位旋转角度为90度；所述第三反射镜组包括第五反射镜和第六反射镜，所述第五反射镜和第六反射镜的相对方位旋转角度为90度；

所述偏振光经过前光路以准直光束45度入射到所述第一反射镜的镜面，所述偏振光依次经过所述第一反射镜、所述第二反射镜和所述第三反射镜、第四反射镜、第五反射镜和第六反射镜后出射至后光路。

优选的，所述第一反射镜组、第二反射镜组和第三反射镜组均设置于库德光路支撑架上。

另一方面，本发明还提供一种具有宽波段偏振保持功能的库德光路系统设计方法，包括：

步骤S1：对偏振光的传输过程进行分析，将偏振光状态和光学元件的传输矩阵分别用琼斯矢量和琼斯矩阵表示；