1.1、量子通信

       量子通信是指利用量子糾纏效應進行信息傳遞的一種新型的通訊方式,具有高效率和絕對安全等特點。這種通信技術最激動人心的地方在于其“絕不泄密”的本事，獨特的加密方式使密鑰具有不可復制性和絕對安全性，一旦有人竊取密鑰，整個通信信息會“自毀”并告知使用者。量子信息因其傳輸高效和絕對安全等特點，被認為可能是下一代IT技術的支撐性研究，并成為全球物理學研究的前沿與焦點領域，有科學家甚至預計，10年內有望實現全球化量子通信。

       本研究方向主要集中在基于單光子偏振態的量子密鑰分配系統實用化相關技術，包括高速單光子探測，單光子產生，調制，解調，真隨機碼發生等。

1.1.1單光子雪崩探測器

       單光子探測技術可以實現對單光子級別微弱光信號的檢測，被廣泛應用于量子密鑰分配、激光雷達、光纖傳感、光纖通信等領域。目前基于銦鎵砷/銦磷(InGaAs/InP)材料的單光子雪崩探測器(SPAD),因其結構緊湊、無超低溫要求以及低功耗等優點，在近紅外波段的單光子探測應用中得到了廣泛使用。

圖 17 門控模式單光子探測器

頻率可調諧單光子雪崩探測器原理圖

Yixin. Zhang, Xuping. Zhang, Shun Wang, Gaussian Pulse Gated InGaAsInP Avalanche Photodiode for Single Photon Detection [J], Optics Letters, 2013, 38(5):606-608

張益昕、張旭蘋、楊國文、王順、胡君輝，頻率可調諧的吉赫茲正弦門控近紅外單光子探測器，201310027060.8

1.1.2高速偏振調制器

       偏振調制器是量子通信中的一個重要功能模塊。對于基于光子偏振態的QKD系統，由發送方控制偏振調制器，隨機選擇一種偏振編碼方式，對通信信號進行偏振編碼。比如，可能采用+45°和-45°的偏正態作為脈沖信號的編碼方法；也可能采用0°和90°的偏振態作為信號的編碼方法。在選用+45°和-45°的編碼基時，可以用+45°的偏振態表示“1”，-45°的偏振態表示“0”；選用0°和90°的編碼基時，可以用90°的偏振態表示“1”，0°的偏振態表示“0”。經過偏振調制器后，通信脈沖信號包含多種偏振態，并承載了通信密鑰信息。

高速偏振調制器

1.1.3脈沖式激光光源

       在量子通信系統中，單光子信號通常由一個極窄的激光脈沖衰減得到。因此脈沖式激光光源就成為構建量子通信系統的一個重要功能模塊。本設計采用直接調制的DFB半導體激光器，可以合成脈沖寬度500ps，最高重復頻率100MHz的脈沖式激光光源。采用集成的帕爾貼與驅動器對激光器進行恒溫控制，可以保證激光器輸出波長的穩定。

脈沖式激光光源