专利名称：用于量子通信系统的基矢自动调节装置的利记博彩app
技术领域：
本专利涉及自由空间量子通信技术，具体涉及一种用于量子通信系统的基矢自动调节装置，它用于对量子通信中因粗跟踪所造成的信号光的偏振方向变化进行自动调节。
背景技术：
空间尺度量子通信中主要是靠具有特定偏振态的光量子传输信息，判断光量子的偏振态需要有统一的标准，本系统中引入一种特定的正交二维坐标系作为判断光子偏振态的标准，并且整个通信系统中用于判断信号光偏振状态的坐标系一致，将该坐标系称为基矢。发射端以基矢作为标准发射带有偏振信息的量子光，接收端接收到量子光后同样以基矢为标准提取量子光的偏振信息。在空间尺度量子通信中，卫星沿着轨道绕地球旋转，不停的向地面接收站发射信号光，地面接收站需要不断调整望远镜姿态以便于捕获卫星传输过来的信号，如图2中I所示。望远镜在捕获信号光时主要有两种姿态变化俯仰方向旋转和水平方向旋转。如图2 中II所示，以地面坐标系为准，垂直地面向上为Z轴，水平方向以右手定则确定X轴与Y轴。 规定俯仰方向旋转的角度为俯仰角，由-Z轴向+Z轴方向旋转为正，范围为-90度到90度； 水平方向旋转的角度为方位角，以+Z轴为轴向右旋为正，范围为-180度到180度(望远镜实际俯仰角与方位角的范围比较小)。为了将望远镜捕获到的信号光传输到后光路系统中进行处理，需要在望远镜的旋转臂中安装反射光路，如图3所示，左边为望远镜旋转臂光路图，其中6为望远镜镜筒、7为望远镜旋转臂、8为入射光线、9为水平反射光线、10为垂直反射光线。由图3可以看出，当望远镜旋转时会影响反射光路中信号光的偏振方向。规定信号光传播的方向为Z轴，基矢坐标垂直于Z轴，并满足右手定则，图中A所表示的X-Y轴为入射光8的基矢坐标。当望远镜的俯仰角变化时，则会引起望远镜水平反射光9的偏振旋转；设望远镜镜筒俯仰角为a， 规定沿信号光的传播方向，信号光偏振状态右旋为正，则水平反射光9的偏振方向旋转的角度为a，如图3中B所示，其中虚线表示整个系统的基矢，X-Y轴表示信号光的偏振方向所在的平面旋转状态。当旋转臂带动望远镜水平方向旋转时，则会引起旋转臂垂直向上反射到后光路的信号光产生旋转，如图3中10所示；同样设望远镜镜筒水平方位角为b，同样定义右旋为正，则垂直反射光的偏振方向旋转的角度为b，如图3中C所示。根据以上分析可以得出俯仰角a会造成镜筒水平反射光9偏振右旋，方位角b造成旋转臂垂直反射光10偏振右偏。由于镜筒俯仰角与方位角的叠加，旋转臂垂直出射光线的偏振方向相对于入射光线的基矢方向偏转角度为a+b，所以当偏振角为α的信号光进入望远镜后，会经过望远镜镜筒底部的凹面镜汇聚到镜筒中间的反射镜上，经过镜筒反射镜将光线水平反射到旋转臂中的反射光路，如果镜筒的俯仰角a不为零的话，此时水平反射光线的的偏振角与基矢的X轴的夹角就会变化为α+a。当光线进入反射光路时首先需要通过一片凸透镜将光线变为平行光，然后再经过三个平面反射镜反射到后光路。当信号光经过最后一块平面反射镜垂直向上反射到后光路时，如果此时望远镜的方位角b不为零，那么信号光的偏振方向与基矢的X轴夹角就会变为α +a+b，如图3中D所示。
图1量子通信系统5中的量子接收端固定在后光路中，信号光进行检测之前必须将其偏振状态旋转到接收端以基矢标准能够正确检测的偏振状态，这就需要在后光路中增加旋光元件。本系统中采用半波片对信号光偏振进行旋转，当半波片快轴方向与基矢X轴夹角为θ (逆时针方向为正)时，其琼斯矩阵为
权利要求1.一种用于量子通信系统的基矢自动调节装置，它包括旋转电机组件(1)、半波片 (2)、电机控制器(3)、实时控制器(4)和量子通信系统(5)中的旋转变压器(5-1)，其特征在于所述的旋转电机组件(1)由旋转电机、光电编码器和半波片安装基座组成，半波片安装基座通过蜗杆一锅轮传动副与旋转电机连接，负责测量旋转电机组件旋转位置的光电编码器安装在旋转电机上，其精度达到0. 1度，旋转电机采用可控的直流电机或者步进电机，反应速度优于0. 3秒，旋转电机通过蜗杆一蜗轮传动副带动半波片安装基座旋转，半波片安装基座的旋转精度为0. 1度；所述的旋转变压器(5-1)是两个旋转变压器，分别安装在量子通信系统(5)中望远镜的俯仰轴和水平轴上，用于读取望远镜水平方位角和俯仰角数据，其精度为0. 1度；旋转电机组件(1)安装在量子通信系统(5 )中望远镜的后光路中，半波片(2 )安装在旋转电机组件(1)中的半波片安装基座上，电机控制器(3)通过数据线连接到旋转电机组件上以便于读取光电编码器数据和控制旋转电机，实时控制器(4)通过一根数据线连接旋转变压器(5-1)读取望远镜空间角数据，通过另外一根数据线连接电机控制器(3)来向电机控制器发送控制信号；旋转电机组件(1)通过光电编码器测得半波片(2 )的旋转位置，旋转变压器(5-1)测得望远镜的旋转位置，利用实时控制器(4)通过旋转变压器实时读取望远镜的位置；再根据算法计算出信号光偏转的角度以及半波片需要旋转的角度，生成控制信号发送给电机控制器(3)，电机控制器(3)收到控制信号后根据光电编码器测得的半波片位置，控制电机将半波片(2)旋转到适当位置，将信号光旋转到恰当的偏振状态，以便于量子通信系统(5)能通过基矢正确检测出量子光的偏振信息。
2.根据权利要求1所述的一种用于量子通信系统的基矢自动调节装置，其特征在于 所述的实时控制器(4)采用电脑或者具有浮点运算功能的可编程器件。
专利摘要本专利公开了一种用于量子通信系统的基矢自动调节装置，它包括旋转电机组件、半波片、电机控制器、实时控制器和量子通信系统中的旋转变压器。实时控制器通过旋转变压器实时读取望远镜的位置，根据算法计算出信号光偏转的角度以及半波片需要旋转的角度，生成控制信号发送给电机控制器，电机控制器收到控制信号后根据光电编码器测得的半波片位置，控制电机将半波片旋转到适当位置，将信号光旋转到恰当的偏振状态，以便于量子通信系统能通过基矢正确检测出量子光的偏振信息。本装置解决了信号光在量子通信中由于跟踪时望远镜方位变化而产生偏振方向变化的问题，从而保证接收端在特定的基矢标准下能正确检测出信号光的偏振状态。
文档编号H04B10/10GK202218230SQ201120208690
公开日2012年5月9日 申请日期2011年6月21日 优先权日2011年6月21日
发明者吴金才, 周辉, 张亮, 张明, 强佳, 杨世骥, 江昊, 王建宇, 贾建军 申请人:中国科学院上海技术物理研究所