Главная » 2014 » Июль » 25 » Скачать Исследование интегрально-оптических элементов для квантовой криптографии с фазовым кодированием. Кулиш, Ольга Александровна бесплатно
4:02 AM
Скачать Исследование интегрально-оптических элементов для квантовой криптографии с фазовым кодированием. Кулиш, Ольга Александровна бесплатно
Исследование интегрально-оптических элементов для квантовой криптографии с фазовым кодированием
Диссертация
Автор: Кулиш, Ольга Александровна
Название: Исследование интегрально-оптических элементов для квантовой криптографии с фазовым кодированием
Справка: Кулиш, Ольга Александровна. Исследование интегрально-оптических элементов для квантовой криптографии с фазовым кодированием : диссертация кандидата физико-математических наук : 01.04.05 Краснодар, 2005 172 c. : 61 05-1/1029
Объем: 172 стр.
Информация: Краснодар, 2005
Содержание:
Введение
1 Физические и схемотехнические принципы квантовой передачи информации по оптическим каналам связи
11 Оптическое поляризационное кодирование в квантовой криптографии
12 Оптическое фазовое кодирование в квантовой криптографии
13 Волоконно-оптические компоненты квантовой криптографии с фазовым кодированием
Выводы к главе 1
2 Моделирование и расчет оптических элементов и схем фазового кодирования для квантовых систем связи
21 Оптический микроволноводный интерферометр со спиралевидной линией задержки: общие вопросы разработки и расчет схемотехнических вариантов ф построения
22 Расчет и оптимизация волноводной структуры интерферометра
23 Пространственно-временная характеристика распространения импульсного оптического сигнала в квантовом интерферометре
24 Исследование влияния поляризационных характеристик оптического квантового кодера на видность интерференционной картины
Выводы к главе 2
3 Исследование принципов построения и расчет оптических поляризационных элементов для квантовой криптографии
31 Пространственное разделение ТЕ- и ТМ-волн в интегрально-оптическом Y-разветвителе на основе диэлектрических изотропных слоев
32 Моделирование и расчет нового оптического разделителя
ТЕ/ТМ поляризаций на основе металлодиэлектрического волноводного двухлучевого интерферометра
33 Экспериментальное исследование интегрально-оптического поляризационного
разделителя ТЕ- и ТМ-волн интерференционного типа
Выводы к главе 3
Введение:
Возрастающие потребности общества в надежных оптических системах обработки и передачи конфиденциальной информации стимулируют научные исследования по созданию и совершенствованию их элементной базы на основе новейших достижений в области физики квантовой информации. Традиционные каналы связи не обеспечивают секретности в силу своей физической природы. С появлением квантовой криптографии наметился новый путь решения проблемы секретного оптического канала связи со строгим обоснованием его секретности.
В основе квантовой криптографии лежит квантово-механический принцип невозможности клонирования квантового объекта. Если в качестве передатчика секретного кода выступают состояния отдельных фотонов, становится невозможным такой вид атаки как пассивный мониторинг, то есть несанкционированное считывание передаваемой информации. Если в классической криптосистеме такие атаки не могут быть обнаружены ни отправителями, ни получателями сообщений, то в системах квантовой криптогроафии любая попытка копирования информации приводит к резкому возрастанию числа ошибок в сообщении.
В настоящее время разработаны протоколы для оптических систем квантовой криптографии. Основными из них являются протокол, связанный с кодированием поляризационных состояний фотонов в двух неортогональных базисах, и протокол, основанный на фазовой модуляции с интерферометрическим детектированием. Оба протокола позволяют передать случайную последовательность бит, которая затем может быть использована в качестве ключа для кодирования и декодирования сообщений, посылаемых по открытому информационному каналу. Для достижения однофотонного режима передачи сигналов импульсы лазера подавляют аттенюаторами так, что вероятность появления фотона в каждом импульсе становится порядка 0,1. Разработаны также варианты квантовых протоколов на основе эффекта Эйнштейна-Подольского-Розена и теоремы Белла.
Исторически первыми появились установки квантовой криптографии, использующие протоколы передачи ключа с помощью различных поляризационных состояний фотонов. Для таких установок существует возможность передачи световых импульсов в открытом пространстве, поскольку в атмосфере отсутствует двулучепреломление. В настоящее время экспериментально доказана осуществимость передачи секретного ключа с помощью спутника, находящегося на низкой околоземной орбите.
Однако применение поляризационного кодирования в волоконно-оптических каналах квантовой связи приводит к ряду принципиальных проблем. При прохождении света по волокну на состояние его поляризации будут влиять эффекты, вызванные геометрией светового пути. Необходим тщательный отбор различных компонентов передающих и принимающих модулей для минимизации внутренней поляризационной зависимости. Вероятно, такая связь, если и будет реализована, то будет неустойчивой и ненадежной.
Более актуальной для передачи ключа по оптическому волокну оказалась разработка квантово-криптографических систем с фазовым кодированием. Их конструкция основана на двух разбалансированных интерферометрах Маха-Цендера. Для получения четкого сигнала на выходе системы интерферометры должны быть полностью идентичны с точностью до долей длины волны, что практически сложно осуществить при использовании волоконных световодов. Большой проблемой так же является дрейф фазы, уменьшение которого требует тщательной температурной стабилизации интерферометров и применения систем компенсации набега фазы. Получение четкой интерференции в таких системах требует тщательного поляризационного согласования.
Таким образом, для стабильной работы криптографических систем с фазовой модуляцией необходимо устранение вышеперечисленных недостатков. Решение этих проблем на элементной базе современной волоконной оптики является очень сложной задачей. Применение интегрально-оптической технологии позволяет создать интерферометры с требуемой точностью геометрических параметров, а также значительно уменьшить размеры оптического устройства, что облегчает и упрощает его термостабилизацию.
Учитывая тот факт, что обыкновенные волоконно-оптические световоды телекоммуникационных систем не поддерживают постоянной поляризацию оптических сигналов, простая схема квантовой криптографии с фазовым кодированием может быть модифицирована для достижения более четкой интерференционной картины и снижения количества ошибок при передаче информации. Это требует введения поляризационных элементов - расщепителей и преобразователей поляризации.
Большинство конструктивных разработок поляризационных расщепителей основано на использовании составного волновода с разнотипными материалами сердцевин, что является технологически сложной задачей и приводит к потерям мощности излучения. Поэтому актуальным является создание простых, эффективных и универсальных пространственных разделителей поляризации. Исследования, направленные на решение этой задачи, могут быть самого разного плана - как в сфере поиска оригинальных принципов построения разделителей поляризации на основе стандартной элементной базы интегральной оптики, так и в области поиска принципиально новых физических эффектов.
Целью настоящей работы являлось исследование и физико-математическое моделирование интегрально-оптических элементов для схем квантовой криптографии с фазовым кодированием
Достижение указанной цели потребовало решения следующих задач:
1. анализа основных путей построения надежных и эффективных волоконно-оптических систем квантовой криптографии с фазовым кодированием;
2. выработки требований к параметрам оптических интерферометров, которые являются ключевыми элементами таких систем: модовому двулучепреломлению, уровню радиационных потерь импульсных сигналов, стабильности однополяризационного режима, технологической возможности изготовления двух идентичных по оптико-физическим характеристикам образцов, температурной стабильности;
3. геометрического анализа различных схемотехнических вариантов построения интегрально-оптической линии задержки;
4. построения полной векторной физико-математической модели высоко несбалансированного квантового интерферометра Маха-Цендера со спиралевидной линией задержки с учетом особенностей конструктивного исполнения элементов и устройств интегральной оптики с различными технологиями изготовления;
5. исследования физических принципов разделения ортогональных поляризационных компонент излучения и особенностей распространения направленных оптических волн в металлодиэлектрических многослойных волноводах; разработка нового физического метода разделения ортогональных поляризационных компонент излучения на основе металлодиэлектрического интерферометра Маха-Цендера.
6 создания программ проектирования интегрально-оптических элементов и волноводных межсоединений для оптических систем передачи квантовой информации.
