专利名称：使用多条光束的光子量子系统对准的制作方法
使用多条光束的光子量子系统对准
背景技术：
光子的特性使其在量子信息系统中很有用。具体来说，光子很容易产生，能够使用熟知且便宜的光学元件来控制，并且具有能够在长距离传输期间维持一致性的量子态。因此，光子态已经被用于诸多量子信息系统中的通信。量子密钥分配(QKD)系统是一种能够使用光子态的量子系统，并且QKD系统的一个示例使用熟知的BB84处理。通过BB84处理，发送方产生随机比特 的集合a，并且使用具有偏振编码的相应光子态(例如单光子态)来表示比特^，其中偏振编码基于两对正交偏振轴中的一对正交偏振轴。按照惯例，这两对偏振轴相对于彼此偏移45°，并且分别被称作竖直/水平和对角/反对角轴。发送方还产生确定相应比特％是否使用具有竖直/水平或对角/反对角偏振编码的光子态来表示的随机比特、的第二集合b。接收方测量与各比特％相对应的各光子态的偏振，并且为每次测量而使用在水平和竖直偏振之间进行区分的探测器或在水平和竖直偏振之间进行区分的探测器。接收机用来测量与比特％相对应的光子态的探测器依赖于接收方所产生的集合b’中的对应随机比特b/。平均来说，发送方用来选择偏振编码的比特h中大约一半会与接收方用来进行偏振测量的对应比特h ’相匹配。在测量之后，发送方和接收方可以交换集合b和b’，并且可以独立地识别集合a中发送方和接收方碰巧使用相同偏振基础的子集a’。窃听和误差率可以通过在发送方和接收方之间交换集合a’的一部分来探测。集合a’的剩余部分是可以保密并被用作经典加密密钥或用于其它安全通信目的的共享随机数据。BB84处理具有探测任意窃听的高概率，使得在没有探测到窃听时，发送方和接收方可以具有共享随机数据是秘密的高自信度。诸如QKD系统之类的使用光子信号的量子信息系统必须被对准。具体来说，被传输的光子信号可能极弱，例如一系列单光子态，因此被传输光束的位置必须与接收机精确对准。另外，在采用偏振编码的情况下，如在BB84QKD处理的典型应用中，发射机的偏振轴和接收机中探测器的偏振轴必须被精确对准以避免在偏振测量中出现不可接受的误差率。 在发送方和接收方中的至少一方移动的某些量子信息系统中，对准更加困难，在这种情况下，当发射机和接收机开始接近时，发射机和接收机必须针对信号束位置精确对准。
图1示出具有手持设备的用户，其中手持设备采用根据本发明实施例的对准系统。图2示出可以为使用根据本发明实施例的对准系统而被控制或校正的手持设备的自由度。图3示出将多条对准束引导到根据本发明实施例的对准系统中所使用的传感器处的手持设备。图4示出根据本发明实施例的使用倾斜镜来控制信号束的位置和定向的具有接收机的系统。图5示出适用于图3和图4的系统的束方向传感器的平面图。
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图6是图5的束方向传感器的方向探测器的截面图。图7A、图7B和图7C分别示出QKD系统、QKD发射机和QKD接收机。在不同的附图中使用相同的附图标记表示类似或相同的项目。
具体实施例方式根据本发明的一方面，用于对准诸如量子密钥分配(QKD)系统之类的量子信息系统的信号束的系统和过程，采用一方投射到第二方的相应传感器上的多条对准束。当光束全部射到传感器的分开的目标区域上时实现粗略对准。另外，探测器分别测量它们各自的对准束的不同特性。例如，一个或多个探测器可以测量它们各自的对准束的方向，而一个或多个另外的探测器测量它们的对准束的位置。控制系统能够根据这些测量推断出信号束的位置和方向，并且能够操作动态操纵系统以使信号束有效耦合进接收机中。因此，包括移动或手持发射机或接收机的系统能够有效对准弱光子束。根据本发明的另一方面，对准束可以彼此发散开，使得在对准束全部入射到它们各自的目标上时，发射机和接收机之间的间隔或距离被粗略固定。该间隔还能够使用来自传感器的测量值被更精确地确定，并且动态光学系统能够调整发射机和接收机之间的光学路径长度。在一个具体的实施例中，对准系统采用三条或四条对准束。一条对准束入射到粗略测量对准束方向的方向传感器上。一条或两条其他对准束入射到执行束方向或束方向的角分量的更精细测量的方向传感器上。执行精细方向测量的方向传感器能够根据粗略方向测量而调整。最终的对准束入射到测量光束的位置的探测器上。相对于对准束而固定的信号束的位置和定向能够根据对准束测量来确定，并且接收机或发射机系统能够动态地适应于对信号束进行处理。图1示出根据本发明实施例的系统100，其中用户110持有与诸如自动取款机 (ATM)、安全检查点或安全信息访问点之类的固定设备或站130进行通信的手持设备120。 手持设备120可以是弱光子束140的发射机或者接收机，弱光子束140可以例如是QKD处理中所采用的一系列单光子态。站130包括与设备120中的发射机或接收机互补的接收机或发射机。在一些类似于图1所描述的情况中，便携式设备120旨在与固定站130合作，量子信号对准(即信号束140的对准)可以使用站130上的支架或类似的物理结构而实现。 设备120和站130之间的期望对准则可以在设备120正确位于支架中时实现。然而，取代了使用支架以相对于站130固定定向支持设备120，系统100允许用户110支持设备120同时主动对准系统适应于设备120的位置和定向。这还允许设备120具有站130上的给定支架无法适应的不标准形状。适应不需要与站130进行物理接触的手持设备120还可以使得交易更加容易且更快地执行。设备120通常可以是个人数字助理(PDA)、电话、便携式计算机、仅与站130或类似的站一起使用的专门设备，或者包含用于发射或接收弱光子信号束140的必要组件的任何其他类型的设备。在图1的实施例中，手持设备120发射多条对准束150，多条对准束150 入射到站130上的在空间上分开的传感器160上。对准束150优选具有足以在传感器160 上创建可视亮点的强度，使得在手持设备120为了与站130进行通信而被对准(至少粗略地)时用户110能够看到。在替代配置中，站130可以产生投射到手持设备120的传感器上的对准束。然而，这一替代配置被认为对用户不太友好。在一个具体实施例中，设备120包含QKD发射机系统，该QKD发射机系统与站130 中的QKD接收机系统交互。QKD发射机和QKD接收机能够使用户110和站130建立共享密钥，该密钥能够用于加密在QKD发射机和QKD接收机之间例如通过经典通信通道传递的交易信息。该经典通信通道可以是分开的无线通道(未示出)，或者可以通过一条或多条对准束140而传送。系统100中的对准过程通常必须能够确定并适应于设备120相对于站130的位置和定向。图2示出当设备120用作发射机时来自设备120的信号束140的目标路径。作为一个惯例在这里使用，Z轴被定义为与目标接收机的光轴相对应，并且图2示出信号140在沿Z轴的理想路径上传播。然而，设备120沿着三个轴X、Y和Z自由移动，并且绕着轴Χ、Υ 和Z轴自由旋转以俯仰旋转、偏航旋转和滚转旋转。沿X轴或Y轴的移动或者俯仰旋转或偏航旋转会使光束140从目标路径移开或倾斜，这可能导致信号的损耗。滚转旋转改变了信号束的相对偏振方向，这可能导致在站130中测量偏振时产生误差。沿Z轴的移动通常不太关键，但是可以影响接收机处信号140的强度。根据本发明的一方面，对准系统使用来自对对准束进行测量的位置和方向传感器的测量值，来确定设备120在其所有自由度上的位置或定向，使得主动光学系统能够动态操纵信号束140。图3和图4是QKD系统300的视图，其中手持设备310发出发散的对准束312、 314,316和318。图3示出光束312、314、316和318如何能够在QKD站320上的四个传感器322、324、326和328上分别形成2X2的斑点图案。光束312、314、315和318的图案可以使用四个单独的光源(例如分开的激光器)而产生，或者使用具有将单光束分成四条对准束312、314、315和318的光学器件的单个光源。图4示出具有束光学器件413和415的分开的光源412和414的示例，其中束光学器件413和415引导光束312和314以使光束 312和314相互发散且以相对于信号束340的精确控制的角度传播。在图4的实施例中，手持设备310包含产生信号束340(例如单光子态的流)的发射机410，信号束340的强度比对准束312、314、316和318弱很多。可替代地，手持设备310可以包含信号束340的接收机，并且站320可以包含产生信号束340的发射机。在任一情况下，对准束312、314、316和 318优选具有与信号束340不同的波长以最小化信号噪声。对准束312、314、315和318可以类似地具有相互不同的波长以降低对准测量中的噪声。如上所述的用户被要求将手持设备310定位为使对准束312、314、315和318在 QKD站320上的入射所产生的四个可视斑点位于传感器322、324、3沈和3 的目标区域内。 目标区域通常以用户能够看到的方式被标记或勾画，使得在对准束312、314、315和318入射到正确的目标区域上时用户能够识别。基于三角原理，当对准束入射到目标区域上时，对准束312、314、315和318的已知相对发散度以及传感器322、324、3沈和328的已知图案和间隔指定了手持设备310和站320之间的大概距离。传感器322、324、3沈和328的图案还限制了相对于站320支持手持设备310并且仍然有光束312、314、315和318射到目标传感器上的俯仰角、偏航角和滚转角。图3的2X2图案允许以分开90度的滚转角进行粗略对准(例如斑点位于传感器322、324、3沈和3 的目标区域上)。在期望的情况下，可以通过移动一个或多个传感器使其靠近或远离图案的中心并且以匹配方式改变光束图案，使用传感器322、324、3沈和328的不太对称的图案来避免这种旋转恒定性。
当进行可视对准以入射到传感器322、324、326和3 上时，对准束312、314、315 和318会各自具有粗略已知的方向。然而，使用视觉手动定位手持设备310以将束斑点定位在目标区域上，仍然允许对准束312、314、315和318以及信号束340的位置和方向有所变化。对于具有低误差率的可靠信号测量来说，这些变化可能太大。因此，传感器322、324、 326和3 测量对准束312、314、315和318的方向和位置，使得对准控制器420能够确定如何操作主动操纵系统(例如翻转倾斜镜422和424以及滚转操纵系统426)，以使信号束 340与接收机430的光轴精确对准并且具有与接收机430的测量轴精确对准的偏振轴。在示例性实施例中，三个传感器322、3M和3 是方向传感器或角度传感器，并且一个传感器3 是束位置传感器。在该示例性实施例中使用三个方向传感器322、3M和 326提供宽角度范围的测量，并且还提供具有对信号束340进行控制所需要的精度的测量。 更具体地，一个传感器322能够被用于在宽测量范围内进行角度或方向的粗略测量。两个传感器3M和3 能够执行与绕相应垂直轴的旋转相对应的组件角度的精细分辨率测量， 例如手持设备310分别绕图2中的X轴和Y轴的俯仰和偏航旋转的测量。两个精细分辨率传感器3 和3 能够具有可调整的安装系统428，安装系统4 将相应的传感器3 或 326翻转或倾斜一角度，该角度依赖于由方向传感器322进行的测量。图5示出适用于对准系统300的方向传感器500的示例。传感器500包括传感器单元515的阵列510。如果给定波长的光子以特定的方向入射，则每个传感器单元515是探测给定波长的光子的方向探测器，但传感器单元515分别探测具有不同入射方向的光子。 阵列510能够被集成在集成电路芯片上，使得阵列510的尺寸小于传感器阵列510上被照射的束斑点的面积。在测量期间，所有的传感器单元515能够被待测量的对准束同时照射， 并且对准束的方向由探测光子的那个或那些传感器单元515所指示。通常，可以将对准束和束轮廓的目标区域的面积选择为使得入射在目标区域内的光束自动覆盖整个传感器阵列510，并且如果需要，可以使用多个传感器阵列510来覆盖更大的目标区域。图6示出使用导膜共振(GMR)滤波来实现方向探测的传感器单元515的实施例。 传感器单元515包括覆盖层610、光栅层620、位于光栅层620下面的波导层630以及位于波导层630下面的光电二极管层640。图6中层610、620、630和640的布置顺序示出了示例性布置，但是替代性布置也是可能的。覆盖层110是保护层，并且可以由诸如二氧化硅的材料制成，但是可以另外包括用于防止探测器515顶面的反射的抗反射涂层、用于选择到达光栅层630的光波长的带通光学滤波器或者任意其他光学涂敷层。可替代地，覆盖层610可以省略，使光栅层620成为探测器515的顶层。光栅层620由折射率高于覆盖层610的材料制成。当覆盖层610由二氧化硅制成或省略时，光栅层620可以例如由氮化硅制成。光栅层620具有仅在入射光650的波长λ 和方向满足特定条件时创建将入射光650强耦合到波导630中的共振的图案。具体来说， 在对准束的波长已知且固定的情况下，光栅层620可以被图案化为使共振耦合仅在入射对准束具有(或者接近于)特定入射方向时发生。光栅层130的具体设计将依赖于待探测的光的波长λ和入射方向，并且可以使用本领域已知的GMR滤波器设计技术来产生。波导层620包含旨在引导传感器单元515所测量的特定频率或波长λ的光的核心部分。具体来说，如果所引导的光的波长λ在红外范围内，那么波导层620可以包含由硅或对于红外光透明的其他材料制成的核心部分以及诸如二氧化硅或氮化硅之类的折射率低于核心部分材料的材料的包层。对于可见光，波导层620中的核心部分可以由氮化硅制成，并且具有二氧化硅包层。然而，波导是公知结构，并且波导层620可替代地可以包含很多其他类型的已知或可以被开发的波导结构和材料。光电二极管层640包含被定位为测量耦合到波导层620核心部分中的光的传感器。在所示的实施例中，光电二极管层640包含水平p-i-n光电二极管，但是所示的光电二极管可以由能够测量波导层620中光的存在或更优选地测量波导层620中光的强度的任意器件来替代。然而，如果入射光650具有用于共振耦合到波导层620中的合适波长和方向， 那么光电二极管层640将仅仅探测光并产生强电力信号。图5示出每个传感器单元515针对从不同方向入射的光具有共振耦合的示例，即俯仰角偏航角θ y的不同组合。例如，在图5中，阵列510中的传感器单元515的列覆盖对于特定入射波长来说投射角9)人-3°到3°以Γ步进的值的范围；并且阵列510 中的传感器单元515的行覆盖对于特定入射波长来说投射角到3°以Γ步进的值的范围。当所选波长的入射光束同时照射所有传感器单元515时，包含与最接近入射光束方向的方向相对应的光栅图案的传感器单元515中的光电二极管将测量到大部分光。联结至传感器单元515的外围电路520可以探测哪个或哪些传感器单元515检测到光，并且基于来自传感器单元515的检测信号产生指示入射到阵列510上的光的方向。 在一个实施例中，当入射光束方向位于传感器阵列510提供的测量范围内时，每个传感器单元515的分辨率在很多情况下是使得仅仅一个传感器单元515会探测到光并产生输出电压或电流高于阈值或噪声水平的检测信号。当仅仅一个探测器515产生高于阈值水平的检测信号时，所测量的入射光束相对于传感器阵列510法线的方向将是与产生检测信号的传感器单元515的共振相对应的方向，并且外围电路520可以包括译码器电路，该译码器电路产生表示与共振的传感器单元515相对应的方向的测量信号。然而，在某些情况下，例如当入射方向接近两个或多个传感器单元515的共振方向之间的中间时，多个传感器单元515 可以产生高于阈值水平的检测信号。在这种情况下，外围电路520能够识别哪个传感器单元515产生最强的检测信号，并产生与产生最强检测信号的探测器515的共振方向相对应的测量信号。可替代地，当多个传感器单元515产生高于噪声水平的检测信号时，外围电路 520能够以插值过程使用来自探测器515的检测信号，从而确定所测量的方向和测量信号。图5示出测量关于两个垂直轴的角度例如俯仰角和偏航角的配置，其具有以法线入射为中心的范围。这种传感器阵列510的定向可以被设置为使得待测量的对准束标称地与阵列510的表面成直角，例如方向传感器322可以相对于图3所示系统300中的站320 的表面以固定角度倾斜。如上所述，粗略角度传感器322测量两个角度并且要求宽测量范围。可替代地，为了用在传感器3Μ或3 中，传感器单元515可以被设计为测量与手持设备310关于单轴的旋转(例如俯仰旋转或偏航旋转)相对应的入射角，并且为了精细测量， 可以使传感器515的不同共振成锐角且接近地分开。图5还示出由系统500提供的角度测量的范围如何能够使用能使阵列510倾斜的安装系统而有效地扩展超过阵列510的范围。安装系统4 可以例如包括阵列510所倚靠的三个螺线管(未示出)。螺线管的长度则可以以电力方式改变，从而以依赖于螺线管的运动范围的方向范围而倾斜阵列510。如上所述，对准控制器420可以根据由传感器322提供的测量到的方向以及对准束314和316相对于对准束312的预期方向，来设置传感器324 和3 的安装系统428，使得相应的对准束314和316具有位于传感器3M和326的测量范围内的方向。因此能够使用图5的传感器500的紧凑结构来实现方向传感器322、3M和326。 然而，可以采用其他类型的方向传感器，并且如果一个或多个方向传感器能够提供期望的测量范围和精度，那么对于方向测量，一个或两个对准束就已足够了。图3中的最后一个传感器3 是诸如由瑞典的SiTek Electro-Optics制造的那些位置检测探测器(PSD)。这些PSD能够以微米精度提供从参考线的X和Y偏离的测量。 PSD和角度传感器的其他组合也是可能的，而不仅是三个角度传感器和一个PSD的示例。控制手持设备310使对准束312、314、316和318照射所有勾画出的目标区域内的斑点，确保了信号束340将穿过站320上的合适尺寸的中心开口 330。然而，如上所述，视觉对准仍然无法以足以进行低误差率测量的准确度来对光束340进行对准。因此，对准控制器420操作主动系统以相对于接收机430而动态操纵光束340。在图4示出的实施例中，第一翻转倾斜镜422具有两个可调角度，并且将信号束340引导到第二翻转倾斜镜424的中心部分。翻转倾斜镜4 也具有两个可调角度和足以对信号束340的俯仰和领航进行精细调整以使信号束340进入接收机430的精度。然后，对准控制系统420可以使用探测器操纵系统似6来旋转接收机430中的探测轴，从而补偿手持设备310的滚转角度并且使探测器轴与信号束MO的偏振轴相匹配。可替代地，有源光学元件可以被用于调整信号束340 的滚转角度，但是可以优选地最小化与信号束340交互的光学元件的数量。在又一个实施例中，如果探测器操纵系统4 能够根据需要移动接收机430以适应确定的信号束340的位置和定向，则可以去掉一个或两个翻转倾斜镜422和424。可以包括具有合适软件和硬件的计算系统的对准控制器420，需要来自PSD 328 的位置测量值以及来自角度传感器322、3M和326的方向测量，从而相对于接收机430准确放置信号束340，并且选择测量轴。更具体地，信号束340分别与每条对准束312、314、316 和318具有已知的角度偏离。假设手持设备310处对准束312、314、316和318以及信号束 340的束方向和位置是已知的，例如由标准或惯例固定，则一条或两条对准束的方向(两个角度)和处于传感器322、324、3沈和328已知位置处的一条对准束的位置的测量值，足以在几何上确定经过手持设备310和站320之间的空间的信号束340的位置和定向。包括翻转倾斜镜422和4M和探测器操纵系统426的操纵机构能够被调整为适应信号束340。可替代地，发射机410或者相关光学元件(未示出)能够被调整为再次对准信号束340。系统300允许手持设备310仅仅具有无源且便宜的组件，这是非常重要的，原因在于手持设备310通常具有有限尺寸和功率。系统300具有给出可视用户反馈的进一步优点， 这已被证明减小了手的颤抖并且因此简化了对准程序。系统300的又一个优点是在信号束的路径中需要相对少的用于对准目的的光学元件数量。因为信号束可以包含被定向为四个不同偏振的单光子，所以重要的是使损耗最小化并且保持偏振保真度。以上所述的对准系统的重要应用是用于QKD系统中，其中手持设备310包括发射机设备(例如，发射机系统410)或接收机设备(例如，接收机系统430)，并且站320包括互补的接收机设备或发射机设备。图7A、图7B和图7C示出可以采用上述对准系统的QKD系统的典型实施例。具体来说，图7A示出包括QKD发射设备710的QKD系统700，QKD发射设
9备710使用QKD发射机720通过量子信号信道705向QKD接收设备740的QKD接收机730 发送随机源712所提供的随机数据集。在量子信号信道705上传输的信号束可以是随机偏振光子的流。QKD发射和接收设备710和740则分别在各自的处理系统713和743中对发射和接收的数据进行处理，以得出初始随机数据集a的公共子集a’。可以在该处理中使用公知的BB84量子编码方案。由于量子信号信道705可能存在噪声，因此通过信道705接收的数据的处理通常包括误差校正阶段，该误差校正阶段依赖于通过发射设备710的经典信道收发机714和接收设备740的经典信道收发机744之间建立的经典信道706所交换的消肩、ο在系统700中，QKD发射机720通常包括对光子进行选择性偏振的光学组件，并且 QKD接收机730包括用于接收光子并探测其偏振的光学组件。通常，这些光学组件建立两对正交偏振轴，这两对偏振轴相对于彼此偏移45°，例如竖直/水平和对角/反对角轴。为了 QKD系统700的正确操作，QKD发射机720和QKD接收机730必须被对准，使得设备740在信道705上从设备710接收信号束，并且设备710和设备740关于竖直/水平和对角/反对角偏振轴的方向达成一致。图7B所示的QKD发射机包括光源阵列，例如发光二极管(LED) 722A、722B、722C和 722D,并且相应的偏振滤波器 724A、724B、724C 和 724D 位于 LED 722A、722B、722C 和 722D 的前面。滤波器724A竖直地偏振从LED 722A发出的光子，滤波器724B水平地偏振从LED 722B发出的光子，滤波器724C对角地偏振从LED 722C发出的光子，并且滤波器724D反对角地偏振从LED 722D发出的光子。因此，从滤波器724A、7MB、724C和724D离开的光子流中的每个光子在四个方向之一上线性偏振，这些方向与相对于彼此成45°的两对正交偏振轴相对应。光纤光导725经由窄带通频率滤波器726(用于将发出的光子约束到窄频率范围，通常为Inm加或减)和空间滤波器728(用于限制信道外部的光泄漏)通过透镜7 将偏振光子送出。还可以提供衰减装置(未具体示出)以减少发出的光子数目；衰减装置可以仅仅是位于滤波器7 或728附近的衰减滤波器，或者可以采用在被脉冲调制时调整喂送到LED 722A、722B、722C和722D的功率的单独功率控制电路的形式。在没有衰减装置的情况下，LED 722A、722B、722C或722D每次被脉冲调制时发出的光子数目会例如是一百万数量级；而在衰减装置位于适当位置的情况下，平均发射率可以是每10个脉冲1个光子。 重要的是，这意味着每个脉冲很少会发射一个以上光子。图7C示出QKD接收机730，其包括透镜732、四探测器装置750和用于向四探测器装置750传送通过透镜732接收的光子的光纤光导734。四探测器装置750包括分束器 752、用于将光子的偏振旋转45°的半波片754、第一成对探测器单元756以及第二成对探测器单元758。如图7C中所述的分束器752可以是半面涂银镜，但是可替代地可以是诸如衍射光栅的其他形式。第一成对探测器单元756包括偏振依赖分束器762以及探测器764 和766，并且分束器762可以是双折射分束器，其使探测器764和766探测的偏振相互正交。 第二成对探测器单元758包括偏振依赖分束器782以及探测器784和786，并且分束器782 可以是双折射分束器，其使探测器784和786探测的偏振相互正交。由半波片7M引起的偏振旋转使探测器764和756探测的偏振相对于探测器784和786探测的偏振成45°。更具体地，成对探测器单元758被布置为探测水平/竖直偏振，而成对探测器单元756被布置为探测对角/反对角偏振。
虽然已经结合特定实施例描述了本发明，但是本说明书仅仅是本发明应用的示例并且不应当作为限制。例如，虽然主要结合QKD系统描述以上实施例，但是对准能力也可期望使用在为其他目的而使用弱光子信号束的本发明实施例中。另外，虽然在一个装置是移动的或手持的以及其他装置是静态的或固定安装的情形下描述了一些实施例，但是这些实施例的原理可以用在发射机和接收机是手持的或移动的情形下。公开实施例的特征的各种其他应用和组合处于所附权利要求所限定的本发明的范围内。
权利要求
1.一种手持设备，包括用于量子密钥分配的信号束(340)的发射机或接收机010)；以及多条对准束(312、314、316、318)的源 012、414)，所述多条对准束(312、314、316、318) 以与站(320)上的传感器(322、324、326、328)相匹配的图案彼此发散开，所述站(320)包含用于量子密钥分配的接收机或发射机G30)，其中来自手持设备(310)的对准束具有足以在所述站上产生可视斑点的强度，以方便所述手持设备(310)的手动对准。
2.根据权利要求1所述的设备，其中所述信号束(340)使用具有相对于所述对准束 (312、314、316、318)的图案而定义的轴的偏振来表示信息。
3.一种系统，包括操纵机构(422,424,426)；第一方向传感器(322)，被定位为接收第一对准束(312)；位置 传感器(3 )，被定位为接收第二对准束(318)；以及控制器G20)，被联结为接收并处理来自所述方向传感器(32 和所述位置传感器 (328)的测量值，并操作所述操纵机构(422、424、426)以根据所述测量值控制信号束(340) 相对于接收机G30)的路径。
4.根据权利要求3所述的系统，其中所述系统针对量子密钥分配过程而使用所述信号束(340)。
5.根据权利要求3所述的系统，其中所述操纵机构包括第一翻转倾斜镜022)，被定位为接收所述信号束(340)；第二翻转倾斜镜GM)，其中所述控制器(420)操作所述第一翻转倾斜镜(42 以将所述信号束C340)引导到所述第二翻转倾斜镜(424)处；以及探测器控制系统0 )，所述控制器(420)操作所述探测器控制系统(426)以对准所述信号束(340)的偏振轴和所述接收机G30)的偏振轴。
6.根据权利要求3所述的系统，进一步包括第二方向传感器(3M)，所述第二方向传感器(324)被定位为接收第三对准束(314)，其中所述第二方向传感器(324)以比所述第一方向传感器(32 更精细的分辨率测量束方向。
7.根据权利要求6所述的系统，其中所述第一方向传感器(32 测量所述第一对准束(312)的第一方向，并且所述控制器(420)根据所述第一方向调整所述第二方向传感器 (3M)，以使所述第二传感器(324)能够测量所述第三对准束(314)的方向。
8.根据权利要求3所述的系统，其中所述第一对准束(31 和所述第二对准束(318) 彼此发散开。
9.根据权利要求3所述的系统，其中所述操纵系统、所述第一方向传感器(322)、所述位置传感器(328)和所述控制器 (420)是固定站(320)的组件；并且所述系统进一步包括手持设备(310)，所述手持设备(310)包括多条对准束(312、314、 316,318)的源，所述多条对准束(312、314、316、318)以与所述站上的传感器(322,324, 326,328)的图案相匹配的图案彼此发散开。
10.根据权利要求9所述的系统，其中来自所述手持设备(310)的对准束具有足以在所述站上产生可视斑点的强度，以方便所述手持设备(310)的手动对准。
11.一种处理，包括产生经过第一设备(310)与第二设备(320)之间的空间的多条对准束(312、314、316、 318)；手动定位所述第一设备(310)，使得所述多条对准束(312、314、316、318)分别入射到多个传感器(322、324、326、328)上，其中所述传感器(322、324、326、328)位于所述第一设备(310)和所述第二设备(320)之一上，并且被分开以形成与信号束(340)的路径相邻的图案，所述信号束(340)经过所述第一设备(310)与所述第二设备(320)之间的空间；在相应的传感器(32 处测量所述对准束中一条或多条对准束(312)的方向；在相应的传感器(328)处测量所述对准束中一条或多条对准束(318)的位置；以及根据所测量的方向和位置操作操纵机构022、似4、似6)，使得所述信号束(340)与所述第一设备(310)和所述第二设备(320)之一中的接收机(430)对准。
12.根据权利要求11所述的处理，进一步包括采用所述信号束(340)以在所述第一设备(310)与所述第二设备(320)之间进行量子密钥分配。
13.根据权利要求11所述的处理，其中所述第一设备(310)是手持设备，并且产生所述对准束；并且所述第二设备(320)是操作所述操纵机构的固定站。
14.根据权利要求11所述的处理，其中产生多条光束包括引导所述对准束(312、314、 316,318)以使所述对准束(312、314、316、318)彼此发散开。
15.根据权利要求11所述的处理，其中手动定位所述设备(310)包括用户支持所述设备(310)使得所述对准束(312、314、316、318)在所述传感器(322、324、326、328)的目标区域上形成可视斑点。
全文摘要
手持设备(310)包括用于量子密钥分配的信号束(340)的发射机或接收机(410)；以及多条对准束(312、314、316、318)的源(412、414)，所述多条对准束(312、314、316、318)以与站(320)上的传感器(322、324、326、328)相匹配的图案彼此发散开，所述站(320)包含用于量子密钥分配的接收机或发射机(430)。来自手持设备(310)的对准束具有足以在所述站上产生可视斑点的强度，以方便所述手持设备(310)的手动对准。所述站(320)可以测量各条对准束的位置和方向，并根据所述测量动态地操纵所述信号束(340)。
文档编号H04L9/12GK102474414SQ200980160706
公开日2012年5月23日 申请日期2009年7月31日 优先权日2009年7月31日
发明者乔安娜·杜利加尔, 戴维·A·法塔勒, 拉杜·约尼乔尤, 蒂莫西·斯皮勒, 雷蒙德·G·博索雷 申请人:惠普开发有限公司