量子通信網络多址及单光子波长变换技术研究.docx

代号分类号学号密级10701TN918.91公开1101120266题（中、英文）目量子通信网络多址及单光子波长变换技术研究Research on Mutiplexing and Single-photon Wavelength Conversion in Quantum Communication Networks 作者姓名李万杰指导教师姓名、职务朱畅华 副教授学科门类工学提交论文日期二○一三年十二月学科、专业通信与信息系统创新性声明 本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢中所罗列的内容以外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果；也不包含为获得西安电子科技大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。本人签名： 日期：关于论文使用授权的说明本人完全了解西安电子科技大学有关保留和使用学位论文的规定，即：研究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权单位属于西安电子科技大学。本人保证毕业离校后，发表论文或使用论文工作成果时署名单位仍然为西安电子科技大学。 学校有权保留送交论文的复印件，允许查阅和借阅论文；学校可以公布论文的全部或部分内容，可以允许采用影印、缩印或其它复制手段保存论文。本人签名： 日期：导师签名： 日期：摘 要经过二十年的发展，点对点量子密钥分发已在光纤和自由空间信道里达到超过100km的传输距离，在不超过60km的光纤内传输可达到吉赫兹的传输率。这个距离已经可以在不需要任何可信中继的情况下，支持量子通信在整个城市区域应用。这就催生了多用户量子密钥分发组网的需求。本文围绕量子通信网络的多址技术及用于波分多址的单光子波长变换技术展开研究。论文首先介绍了量子通信网络的发展现状，阐述了量子通信多址技术及单光子波长变换的研究意义；其次，介绍了相关背景知识及量子通信的基本概念，包括量子通信的特点、类型和网络架构，量子通信网络的拓扑结构，以及多用户量子密钥分发网络；第三，基于无源星型网路拓扑，研究了量子通信网络中的时分多址(TDMA，Time Division Multiple Access) 技术及其网络性能，提出了一种用于波长交换光量子网络的波分多址方案，该方案可大幅降低背景噪声，设计了一种可支持大规模用户、具有波长路由器和无源光网络（采用TDMA技术）的混合装置；第四， 基于周期极化铌酸锂(PPLN)波导，提出了一种采用和频产生(SFG)与差频产生(DFG)级联的全光单光子波长变换方案。基于海森堡绘景，分析了SFG过程以及DFG过程中单光子的转换效率与泵浦功率之间的关系。数值分析结果表明，当上变换（和频产生）泵浦光功率为65mw、下变换（差频产生）泵浦光功率为150mw时，由1550nm到1530nm的单光子波长变换可达到61%的转换效率；最后，对全文进行了总结，并展望了下一步工作。 关键词：多用户量子通信网络 多址技术 量子密钥分发 单光子波长变换AbstractThroughout the past two decades, point-to-point QKD has successfully been demonstrated over fiber and free-space channels covering over 100 km, and at giahertz transmission rates over 60 km of optical fiber. This distance is large enough to support applications in local and metropolitan areas without relying on quantum repeaters. It promotes the development of multi-user QKD Networking. This paper focuses on the reasearch of multiple access technology and single-photon wavelength conversion in quantum communication network. Firstly, we briefly introduce the research status and prospects of the quantum communication network, and describe the significance of researching multiple access technology and single-pho