[发明专利]多波长调制解调结构、光子发射装置和光子接收装置

说明书

本申请公开了一种多波长调制解调结构、光子发射装置和光子接收装置，涉及量子通信领域，用于提高QKD系统的集成度。一种多波长调制解调结构包括：不等臂干涉仪，所述不等臂干涉仪包括长臂，在所述不等臂干涉仪的长臂上串联有多个单波长调制解调器，每个单波长调制器用于对特定波长的光子进行调制或解调，所述多波长调制解调结构用于调制时，所述单波长调制解调器将特定波长的光子的一个维度调制在特定量子态；所述多波长调制解调结构用于解调时，所述单波长调制解调器对特定波长的光子在同一维度的量子态进行解调。本申请实施例应用于量子通信。

技术领域

本申请涉及量子通信领域，尤其涉及一种多波长调制解调结构、光子发射装置和光子接收装置。

背景技术

随着量子光学领域的高速进展，逐渐实现了包括量子通信和量子计算在内的很多基于单光子的应用。量子通信，是指在不同的网络节点中，对量子信息(量子比特的量子态)进行传输、交换以及分析量子态；也可以是只把密钥用量子态传输、交换和分析，而所要通信的信息是首先用这些密钥加密后，再通过经典通信的方式传送。其主要的应用之一就是量子加密，也称为量子密钥分发(Quantum Key Distribution,QKD)。

和经典通信一样，QKD中也存在传输速率的问题。一方面，可以尽量把单个信道的传输速率提高；另一方面，也可以利用经典光纤通信中波分复用(Wavelength DivisionMultiplexing，WDM)来对多个QKD信道进行并行传输。

参照图1中所示，现有技术中光子发射装置11和光子接收装置12通过单个非对称马赫曾德干涉仪(Asymmetric Mach-Zhender Interferometer，AMZI)器件对不同波长的光子进行复用，但是使用多个WDM模块对不同波长的光子进行相位的调制，由于多个WDM模块占用很大片上空间，不利于片上集成。

发明内容

本申请实施例提供一种多波长调制解调结构，用于提高QKD系统的集成度。

为达到上述目的，本申请的实施例采用如下技术方案：

第一方面，提供了一种多波长调制解调结构，包括：不等臂干涉仪，不等臂干涉仪包括长臂，在不等臂干涉仪的长臂上串联有多个单波长调制解调器，每个单波长调制器用于对特定波长的光子进行调制或解调，多波长调制解调结构用于调制时，单波长调制解调器将特定波长的光子的一个维度调制在特定量子态；多波长调制解调结构用于解调时，单波长调制解调器对特定波长的光子在同一维度的量子态进行解调。本申请提供的上述多波长调制解调结构，在不等臂干涉仪的长臂上耦合多个对特定波长谐振的微环结构形成对特定波长谐振的微环谐振器，可以对特定波长的光子实现调制和解调，由于微环结构体积非常小，因此最终多波长调制解调结构的体积也非常小，有利于提高QKD系统的集成度，减小其体积。并且可以在对特定波长的光子进行调制和解调的同时，不影响其他光子的传播，不增加额外的损耗。相对于现有技术，本申请对电控系统的速度要求有所降低。另外，结合集成光学的优势，提供了更好的可扩展性。

在一种可能的实施方式中，维度包括以下中的至少一种：相位、到达时间、强度、偏振。该实施方式介绍了调制或解调光子的维度可以包括多个方面。

在一种可能的实施方式中，单波长调制解调器为微环谐振器，微环谐振器包括不等臂干涉仪的长臂的直波导以及与直波导耦合的微环结构，微环谐振器与特定波长的光子进行谐振。该实施方式提供了一种单波长调制解调器的具体实现方式。

在一种可能的实施方式中，维度为相位或到达时间时，微环结构与直波导有相邻两处耦合。该实施方式提供了一种微环谐振器的具体实现方式。

在一种可能的实施方式中，维度为相位时，微环结构的外部干涉腔长度等于微环结构的周长。该实施方式提供了一种微环谐振器的具体实现方式。

在一种可能的实施方式中，维度为到达时间时，微环结构的外部干涉腔长度不等于微环结构的周长。该实施方式提供了一种微环谐振器的具体实现方式。