一种薄膜铌酸锂相位解码光子芯片及量子密钥分发系统的制作方法

文档序号:35466946发布日期:2023-09-16 06:58阅读:来源:国知局

技术特征:

1.一种薄膜铌酸锂相位解码光子芯片,其特征在于,包括由薄膜铌酸锂波导制成第一多模干涉器mmi、波导延迟线、高速相位调制器、第二多模干涉器mmi、第一偏振分束旋转器psr、第二偏振分束旋转器psr,所述第一多模干涉器mmi的两输出端分别连接高速相位调制器的两输入端,高速相位调制器的一输出端通过波导延时线连接第二多模干涉器mmi的一输入端,高速相位调制器的另一输出端连接第二多模干涉器mmi的另一输入端,第一偏振分束旋转器psr的两个输出端分别连接第一多模干涉器mmi和第二多模干涉器的一个输入端,第二偏振分束旋转器psr的两个输入端分别连接第一多模干涉器mmi和第二多模干涉器的另一个输入端,所述第一偏振分束旋转器psr用于使te模和tm模发生模式耦合实现te/tm模的分离,并在一端将tm模转换为te模,所述第二偏振分束旋转器psr用于将te模转换为tm模并实现te/tm模的耦合。

2.根据权利要求1所述的薄膜铌酸锂相位解码光子芯片,其特征在于,所述第一偏振分束旋转器psr为在薄膜铌酸锂波导上刻蚀的上支波导以及下支波导,所述上支波导的分支脊波导的宽度通过线性变化从w4=1um逐渐增大到w5=2.2um;所述下支波导的分支脊波导的宽度通过线性变化从w1=1.6um逐渐增大到w2=3.5um再逐渐缩小到w3=2.4um。

3.根据权利要求2所述的薄膜铌酸锂相位解码光子芯片,其特征在于,所述薄膜铌酸锂波导采用半刻蚀的铌酸锂脊形波导结构,外包层为二氧化硅材料,其中铌酸锂层为在x切,厚度为500nm,脊高hrib为250 nm。

4.根据权利要求3所述的薄膜铌酸锂相位解码光子芯片,其特征在于,所述高速相位调制器包括行波电极、波导和低速bias电极,通过行波电极改变薄膜铌酸锂波导的折射率,用于相位的高速调制,通过低速bias电极改变薄膜铌酸锂波导的折射率,用于相位的补偿。

5.一种量子密钥分发系统,包括发射端与接收端,其特征在于,所述发射端包括光功率监控模块以及依次连接的脉冲光激光器、强度调制器、薄膜铌酸锂相位编码光子芯片、可调衰减器,所述光功率监控模块连接薄膜铌酸锂相位编码光子芯片;所述接收端包括环形器、薄膜铌酸锂相位解码光子芯片以及两路单光子探测器,所述环形器一端口通过量子信道连接发射端,二端口通过薄膜铌酸锂相位解码光子芯片连接一路单光子探测器,三端口连接另一路单光子探测器,所述薄膜铌酸锂相位解码光子芯片为权利要求1-4中的任一种。

6.如权利要求5所述的量子密钥分发系统,其特征在于,所述薄膜铌酸锂相位编码光子芯片包括集成在绝缘体薄膜铌酸锂基上的第一模斑转换器、第二模斑转换器、第三模斑转换器、第四模斑转换器、第三多模干涉器、第四多模干涉器、电调高速相移器以及延时环,所述第一模斑转换器、第二模斑转换器分别通过不同的s波导连接第三多模干涉器输入端口,所述第三多模干涉器分别通过长臂以及短臂连接第四多模干涉器,所述长臂上连接有延时环,所述长臂以及短臂上均通过电调高速相移器并与其上行波电极连接,所述第四多模干涉器分别通过不同的s波导连接第三模斑转换器、第四模斑转换器。

7.如权利要求6所述的量子密钥分发系统,其特征在于,所述行波电极包括连接在长臂上的第一行波电极组以及连接短臂上的第二行波电极组,所述第一行波电极组包括第一电极、第二电极、第三电极,三个电极设置在包含有两条平行脊线的薄膜铌酸锂脊波导上,所述第一电极、第三电极为接地电极且分别设置在两条脊线的外侧,所述第二电极为阳极电极且设置在两条脊线的内侧,三个电极高度h相等,且水平方向上距离相邻脊线的距离g也相等,两条所述脊线的宽度w相同,且两条所述脊线的高度h也相同,所述w=1.6um,h=0.5un,h=0.25um,g为1.7 um。

8.如权利要求6所述的量子密钥分发系统,其特征在于,所述延时环的波导长度通过公式l=c/neff*t得到,其中l为延时环波导长度,neff为薄膜铌酸锂有效折射率,c为光速,t为延时时间,所述neff=2.2,c=3*10^8 m/s,t取390ps,得l设计长度为5.318 cm。

9.如权利要求8所述的量子密钥分发系统,其特征在于,所述电调高速相移器的电光响应 3 db 带宽在 12 ghz 以上。

10.如权利要求6或7或8或9所述的量子密钥分发系统,其特征在于,所述第三多模干涉器、第四多模干涉器均采用多模干涉器mmi2*2,所述第三多模干涉器、第四多模干涉器与延时环通过波导构成一个不等臂的马赫曾德尔调制器,其中第三多模干涉器与延时环之间设有外部金属制成的高速调制行波电极。

11.如权利要求6或7或8或9所述的量子密钥分发系统,其特征在于,所述延时环中的弯道绕制采用90°欧拉曲线。

12.如权利要求11所述的量子密钥分发系统,其特征在于,所述90°欧拉曲线的有效半径大于150um。


技术总结
本发明属于光通信技术领域,公开了一种量子密钥分发系统及薄膜铌酸锂相位解码光子芯片,发射端包括光功率监控模块、脉冲光激光器、强度调制器、薄膜铌酸锂相位编码光子芯片、可调衰减器,光功率监控模块连接薄膜铌酸锂相位编码光子芯片;接收端包括环形器、薄膜铌酸锂相位解码光子芯片以及两路单光子探测器,环形器一端口通过量子信道连接发射端,二端口通过薄膜铌酸锂相位解码光子芯片连接一路单光子探测器,三端口连接另一路单光子探测器。与现有技术相比,本发明解决了传统相位编码QKD光纤系统中相位编解码模块工艺一致性差,致使QKD系统成码率低的技术问题,且实现产品的小型化;同时解决硅基/PLC波导相位编码QKD系统复杂度过高、衰减过大的问题。

技术研发人员:齐若琳,徐涛,黄大骏,周琛
受保护的技术使用者:浙江九州量子信息技术股份有限公司
技术研发日:
技术公布日:2024/1/15
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