基于相位调制的单光子

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1、基于相位调制的单光子干涉特性研究内容提要：基于相位调制的单光子干涉量子密钥系统是通过发送方对激光进行相位调制，产生单光子边带；接收方采用同频相位调制，通过FP腔探测相应边带的单光子，获得经由相位编码的单光子干涉的量子信息。实验测量相位差变化对边带相干涉的影响，研究相位差锁定的技术路线。另外研究改变该实验系统的调制深度，进行相应的边带测量，并分析结果。关键字：单光子，相位调制，相位差锁定Thesingle-photonsinterferencecharacteristicsbasedonphasemodulationMajor:physics

2、Name:YanLiuTeacher:LiantuanXiaoAbstract:Inthephasemodulationquantumkeydistributionsystem,thesingle-photonsinterferenceisbasedonthesendergeneratesasinglephotonsidebandbychangingthephasemodulationoflaser;thereceiverusesthesamefrequencymodulationtodetectthecorrespondingsingle

3、photonofthesidebandthroughtheFPcavityandobtainthequantuminformationofthesingle-photonsinterferencebyphaseencoding.Westudytheimpactofphasechangingonthecoherenceinexperiment,andpaveawaytolockthephasedifferencing.Wealsopresenttheresultswithchangingthemodulationdepthoftheexper

4、iment.Keywords:single-photons,phasemodulation,phasedifferencelocking20一、引言：量子通信作为近年来的热门研究领域，在国防建设和经济建设方面都具有良好的应用前景。量子密钥分配（QuantumKeyDistribution）作为量子通信的一个重要应用领域，能使通信的双方共享一个无条件安全密钥，因为量子不可克隆定律就能保证安全，密钥能在之后用来一次性加密和解密消息。最常见的QKD协议是BB84协议（由Bennett提出的采用单光子作为信息载体）【1】，还有基于纠缠的B92协议【

5、2】。在实际的参数和个体窃听的情况下人们已经分析了这些协议的安全性。结果表明了量子密钥系统的通信距离和安全通信速率是由单光子源或纠缠光子的性质以及单光子探测器的性能决定的。2003年，H.Kosaka等人将量子密钥分配的光纤传输距离延伸到100Km（他们是使用一平衡的门模式光子探测器）【3】。国内对量子密钥通信的实验研究也发展迅速，1995年中科院物理研究所在国内首次做了演示实验，与BB84协议的第一次实验类似。中国国防大学于2004年利用B92协议在850nm上完成率自由空间的量子密钥分配系统【4】。同年中科院也完成了1550nm单模光纤

6、中的量子密钥分配，实际测量效果已经很接近理论值【5】。2010年中国科技大学和清华大学的研究人员在量子通信方面取得了突破，将自由空间中的量子通信的有效距离提升到了16km【6】。2002年，法国的Merolla发现一种新的基于单光子相位调制的译码方法【7】。在新系统中，Alice将每一个要传输的比特通过从两种可能值中随机选取一调制相位来编码成光学频率。Bob调节光在与载波相同的频率，再次在两相位之间进行随机选择。通过单分子干涉实验和Alice提供的附加信息（可能公开的），Bob就可以决定Alice所发送的光子态。即利用两个相位调制器进行相位

7、干涉是通过发送方对光进行相位调制，产生边带；接收方采用同频相位调制，通过改变两相位调制器的相位差改变边带上光子的干涉情况。它的优点是：(1)使用电光调制器消除热漂移，提高系统工作的稳定性。(2)不要求通常单光子干涉测量系统的同步探测约束。本文从介绍基于相位调制的单光子干涉的相关理论出发，实验测量相位差变化对边带幅度的影响，并提出了一种锁定相位差的方法，另外研究改变该实验系统的调制深度，进行了相应的边带测量。二、实验原理：1.相位调制【8】：Laser即激光源，是在指定频率下的脉冲激光二极管。第一个相位调制器PM1（电光调制器EOM1）运行在

8、相位为，调制幅度为V1，激光经过后产生载波和单光子边带。第二个相位调制器PM220的相位为，调制幅度为V2，激光经过后产生载波和单光子边带。通过调节两个相位调制器的相位差可以改变