ОПТИЧЕСКИЙ ЭЛЕМЕНТ ДЛЯ СИСТЕМ КВАНТОВОЙ КРИПТОГРАФИИ С ФАЗОВЫМ КОДИРОВАНИЕМ

Предлагаемое устройство относится к технике связи и может быть использовано как элемент в системах квантовой криптографии с фазовой модуляцией оптического сигнала.
Известно устройство для квантовой криптографии с фазовым кодированием на основе волоконно-оптического интерферометра Маха-Цендера, состоящее из волоконных плеч интерферометра, соединенных оптическими разветвителями. Одно из плеч интерферометра разбалансированно на длину порядка 50 см., что позволяет передавать закодированную информацию. (Бауместер, Д. Физика квантовой информации [Текст] / Д.Бауместер, А.Экерт, А.Цайлингер - М.: Постмаркет, 2002. - 376 с.).
Недостатками данного устройства являются: сложность изготовления идентичных интерферометров с точностью до единиц микрометров; температурный дрейф фазы излучения; поляризационная нестабильность оптического волокна, неравное разделение мощности оптического излучения волоконными разветвителями.
Целью предлагаемого устройства является улучшение видности интерференционной картины на выходе системы квантовой криптографии, уменьшение количества используемых в криптографической установке громоздких систем стабилизации фазы и поляризационных контроллеров.
Цель достигается тем, что волоконный элемент квантово-криптографической системы с фазовым кодированием, включающий разбалансированный интерферометр Маха-Цендера формируется на стеклянной подложке с помощью технологий интегральной оптики. Плечи интерферометра в предлагаемой модели формируются из интегрально-оптических волноводов с помощью ионного обмена в стеклянной подложке. Линия задержки в одном из плеч интерферометра представляет
собой двойную микроволноводную спираль длиной порядка 50 см. Интегрально-оптические разветвители, соединяющие плечи интерферометра, формируются на той же подложке, что и сам интерферометр.
2
У данной полезной модели за счет малых размеров волноводной подложки (порядка 5×5 см) нет температурного дрейфа фазы, что позволяет избавиться от систем подстройки фазы при передачи криптографического ключа. Модель обладает стабильностью длины плеч интерферометра и возможностью изготовления двух идентичных с точки зрения квантовой оптики интерферометров для передатчика и приемника кодированной информации. В интегрально-оптической модели нет связи между ТЕ и ТМ-модами, что сохраняет поляризацию оптической волноводной моды при прохождении ее через устройство и позволяет улучшить видность интерференции. Разделители оптического излучения на входе и выходе интерферометра имеют коэффициент разделения 50: 50, который необходим для получения четкой интерференционной картины на выходе системы.
В результате проведенного математического анализа предлагаемое устройство позволяет получить более четкую картину интерференции на выходе квантово-криптографической системы.
На фигуре изображено устройство элемента кодирования информации для систем квантовой криптографии с фазовым кодированием. Устройство содержит стеклянную подложку, на которой находится микроволноводный разбалансированный интерферометр Маха-Цендера. Плечи интерферометра соединены с интегрально-оптическими разветвителями, в одно из плеч интерферометра введена линия задержки в виде двойной спирали. В короткое плечо интерферометра может быть встроен фазовый модулятор на основе электрооптического или термооптического эффекта.
Устройство работает следующим образом. Оптическое излучение от лазера вводится на вход интерферометра, с помощью разветвителя оно разделяется на два луча одинаковой интенсивности. На выходе интерферометра лучи, проходя через второй разветвитель, образуют интерференционную картину. Если в короткое плечо интерферометра встроен фазовый модулятор, то интерференционная картина будет зависеть от вносимого сдвига фазы. Для передачи информации в системах квантовой криптографии с фазовым кодированием, необходимо два идентичных разбалансированных интерферометра с фазовыми модуляторами в коротких плечах соединить волоконной линией связи. В таких системах используется импульсное излучение лазера. Выбор фазовых сдвигов, создаваемых в плечах интерферометров, дает кодирование и декодирование оптического сигнала на выходе квантово-криптографической системы.
Реализация элемента в интегрально-оптическом исполнении дает возможность более четкой регистрации закодированного сигнала, уменьшение размеров передатчика и приемника в системах квантовой криптографии.