单光子卫星量子通信噪声和干扰分析

卫星量子通信是建立全球量子通信网络的最佳选择之一。针对采用偏振编码的卫星量子通信中的偏振保持问题,研究了大气散射和卫星与地面站间相对运动等因素对量子偏振态相位和对准的影响以及相位延迟和对准误差对系统量子误码率的影响,分析了背景噪声和系统硬件噪声对通信产生的影响以及单光子通信过程中可能受到的光子分离攻击干扰,为量子信号认知设计提供借鉴意义。     

卫星量子通信的光子偏振误差影响与补偿研究

针对采用偏振编码的卫星量子通信中的偏振保持问题,研究了大气散射和卫星与地面站间相对运动对量子偏振态相位和对准的具体影响。仿真分析了量子偏振态相位延迟和对准误差对系统量子误码率影响,提出了一种新的BB84协议与半波片旋转相结合的偏振补偿方案。该方案通过对准提前量补偿的加入弥补原有补偿方案补偿过程中不能进行通信的缺陷,可基本实现零角度偏振误差,保证卫星量子通信的安全可靠性,且因该方案仅需在原有系统上添加一个半波片,易于实现。     

一种新的多用户量子密钥分发方案

提出了一种基于偏振态相位编码的多用户量子密钥分发方案。以偏振编码作为地址码以区分用户,以相位编码携带信息,具有同时调制偏振态的相位和偏振角度的特点。建立了多用户量子信道模型,通过仿真获得其安全通信距离。结果表明,本文方案不但能够有效区分多用户通信中各用户信息,而且比基于偏振编码或相位编码的量子密钥分发方案更加安全。     

一种相位编码、偏振检测的量子密钥分发系统

一种基于迈克耳逊干涉仪的单向量子密钥分发系统,采用法拉第旋转镜和四端口偏振分束器的组合,消除了光纤及光学器件的双折射效应,具有自稳定特性.信息编码在光子的相位上,通过检测光子的偏振进而解码出信息.以中心波长1310 nm的单光子脉冲,在50 km的干线光纤中获得了30 dB的消光比.     

卫星量子通信中退极化信道补偿算法

针对卫星量子通信中的偏振保持问题,研究了大气 散射、大气湍流 以及卫星与地面站间相对运动对量子偏振态的影响。提出了一种采用量子同步修正比特存储 信道偏振 影响,而后对数据比特进行修正变换的偏振补偿算法。仿真对比了补偿前后系统量子误码率 (QBER),补偿后 系统量子QBER可低至0.7%,表明本文方案具有较 好的偏振补偿效果,可实现安全有效的卫星量子通信,且无需对系统增加任何附加设备。     

双M-Z型光纤微振动传感器光波随机偏振分析

对应用于分布式微振动传感的双M-Z型光纤传感器进行偏振分析,阐明光波偏振态随机变化导致时间差振动定位方法失效的原因。分析表明,光波偏振态随机变化引起两干涉输出的幅值波动,同时在两干涉输出间引入取值范围是-π~π的相位差,可使双M-Z型光纤传感器处于两个不同的工作点,造成同一相位调制产生两个不相关的干涉输出,导致基于信号相关的时间差振动定位方法失效。光路实验验证了理论分析的结果。     

四态偏振编码解码QKD系统的实验研究

采用一个激光器通过偏振调制器快速偏振编码实现密钥分配,同时用矩阵分析的方法对系统原理进行了理论分析.指出用相位-偏振调制器可以对四种非正交偏振态光子进行编码和解码.在实验室内完成了30 km光纤保密通信,误码率<6%.实验表明该系统可用一个激光器快速编码解码实现密钥分配,具有很高的实用价值.     

可光纤集成的相干态量子身份认证系统

报道了可光纤集成相干态量子身份认证实验系统。该系统采用偏振相干态的斯托克斯矢量作为量子信号载体,采用动态偏振控制器作为信号调制器,利用固有的相干态量子噪声保证系统的安全性。自行设计了脉冲激光驱动电路、微弱窄脉冲激光探测电路、信号同步模块,采用Socket网络通信程序在TCP/IP局域网中实现了量子保密通信所需要的经典通信。该相干态量子身份认证系统采用的运行密钥为12位,每个光脉冲包含40000个光子,传输速率达到8kbit/s,合法用户间误码率(BER)小于10-4。每传输一个比特信息,攻击者所能窃取的信息量I(Alice,Eve)<10-14bit。     

基于相位调制的量子密钥分配协议的仿真

基于相位编码的量子密钥分配协议,对微弱光脉冲采用差分相位编码,采用双不等臂M-Z干涉仪系统进行解码.在经典计算机上用Delphi编制相应的程序,实现了相位调制的量子密钥分配协议仿真.研究表明,在经典计算机上仿真相位调制的量子密钥分配过程是完全可行的.     

量子密钥分配系统中非线性偏振耦合的研究

受传输光纤非线性偏振影响,量子密钥分配系统本振光与信号光耦合率下降,使形成偏振复用信号的抖动增强,系统的稳定性和安全性下降.为了提高量子光学中偏振编码技术的性能,经过理论分析和数值模拟,给出可操作性的实验方案,解决了光纤非线性偏振耦合导致的偏振抖动问题.结果表明,在同等条件下,以分光检测结果反馈控制本振光和信号光的非线性偏振耦合率,可增强偏振复用信号的稳定性,将系统传输容量提高61%.该结果有利于偏振编码技术在量子密钥分配系统的实际应用.     

基于椭圆参数的最优极化策略

针对基于椭圆参数的干扰环境下极化球面上的优化接收信干噪比参量等式,分析了几种特殊情况下的解析解,提出了几种基于椭圆参数的极化优化策略,包括三步搜索比较策略TSSC。在仿真实验中,对多种优化策略进行了比较。结果表明,TSSC策略只需在三次局部最优计算后再进行比较就几乎达到了全局最优,并用蒙特.卡罗法作了验证。     

有限长导体圆柱的后向散射极化分析

应用物理光学法(PO)和增量长度绕射系数法(ILDC)推导并计算了有限长导体圆柱的后向散射极化矩阵,进而分析了目标的特征极化参数和入射角之间的关系,并给出相应的数值仿真结果,对于应用目标的极化特性进行目标识别具有一定的参考价值.     

BER minimization for dual‐polarized wireless systems with polarization‐domain rotation

We consider the problem of bit error rate (BER) degradation because of the power gain imbalance between horizontal (H)‐polarization and vertical (V)‐polarization components in an orthogonal dual‐polarization transmission system. To alleviate the aforementioned BER degradation problem, we propose a non‐orthogonal polarization‐domain rotation scheme where the axes of H‐polarization and V‐polarization components are rotated with different angles at the transmitter and de‐rotated at the receiver. In addition, in order to assess the effectiveness of the polarization‐domain rotation scheme, we derive the closed‐form BER expression under a practical dual‐polarized channel model, which is represented by cross‐polarization ratio and co‐polarization ratio (CPR). We also derive the approximated BER expressions for the two asymptotic values of CPR: balanced CPR and infinite CPR. With the derived BER expressions, we find the optimal rotation angles that jointly minimize the BER. According to the numerical results, it is shown that about 3dB E_b/N₀ gain is obtained at the BER of 10^?4 and the CPR of 10dB by the polarization‐domain rotation scheme with optimal rotation angles compared with the conventional orthogonal dual‐polarization transmission. Copyright © 2015 John Wiley & Sons, Ltd.     

测量偏振模色散的新方法

介绍了用偏分孤子法对偏振模色散测量的实验原理和实验系统,对实验结果进行了分析,表明,偏分孤子法是一种新的可选偏振模色散测量方案。     

极化滤波器的性能比较

基于极化滤波器的最优解,分析了最优极化滤波器的性能,并与固定极化、干扰抑制滤波器ISPF、信号匹配滤波器SMPF进行了比较.最优滤波器的性能比ISPF和SMPF平均要好1～3dB,比固定极化平均要好6～15 dB,最高可达30 dB以上.因此,最优极化滤波器的得益还是很可观的,这对研究最优极化理论的应用具有重要的理论指导意义和使用价值.     

一种新型偏振态综合仪的实验研究

提出一种新型的偏振态综合仪的实现方案。该方案通过激光光源、线性起偏器、可旋转的1／4波片（QWP）和可旋转的1／2波片（HWP）的组合实现任意偏振态（SOP）的产生。利用二维平面几何方法,从理论上分析了该方案的正确性并推导出了相应的控制算法。实验结果表明,该仪器可以高精度产生任意SOP,且具有成本低、易于实现和控制算法简单等优点。该仪器在研究偏振相关效应对光纤通信系统和光器件的影响具有重要应用价值。     

基于PSG和Jones矩阵法的快速高精度PMD测量

对基于Jones矩阵法的偏振模色散(PMD)测量方法进行了充分的研究,提出了计算测量Jones矩阵的通用公式,提高了测量Jones矩阵的精度;建立了基于高速数字化偏振态产生器(PSG)和Jones矩阵法的快速高精度PMD测量系统,将测量PMD时间缩短为＜15 s,重复测量精度可达0.028 ps.实验表明,这种快速高精度PMD测量系统具有很好的实用价值.     

MD投影机中的光学元器件（二）——偏振光分光器与偏振光转换器

在LCD或LCoS投影机中要用到偏振光分光器（PBS）与偏振光转换器（PCS）,利用这种器件可以产生偏振光,提高光的利用率。根据物理光学原理,在不同介质界面处光线会发生反射和折射,从而得到振动方向相互垂直的S偏振光和P偏振光。在玻璃表面镀有多层不同介质的薄膜,可使光线在每层界面处均发生反射和折射,以得到消光比很高的偏振光,这种器件就是PBS。利用1/2波片改变偏振态的原理,可加工成PCS。     

10Gbit／s光纤通信系统偏振模色散动态补偿技术

分别用固定长度保偏光纤和可变光延迟线实现偏振模色散(PMD)补偿的实验。从理论和实验上分析了射频电功率随差分群延迟(DGD)的变化，实验给出了两种补偿方案的补偿前后的眼图。对固定补偿和动态补偿各自的特点进行了分析比较。固定补偿的速度很快，但补偿的精度不够高；而用光可变延迟线的补偿可以实现动态补偿并且补偿精度高，但有时响应时间较长。     

用于40 Gb/s系统的可编程光纤挤压式PMD模拟器

用于40Gb/s系统的可编程全光纤偏振模色散(PMD)模拟器,采用一个电控光纤挤压式偏振控制器(PC)连接两段高双折射光纤的方案,该方案结构简单,PMD变化周期为1ms,输出偏振态在邦加球上均匀分布。能产生0～22ps的群时延差(DGD)以及0～121ps^2的二阶PMD。通过程序控制,可以产生各种均值的Maxwell分布。脉冲展宽实验和10 Gb/s系统眼图实验证明该模拟器性能良好。