30 Ultrakompakte Lichtquelle für Quantenverschlüsselung Ultra-compact light source for quantum encryption Seit Mitte der 1980er Jahre gibt es das Konzept, stark abgeschwächte zufällig polarisierte Lichtpulse für eine sichere Quantenkommunikation zu nutzen. Die meisten kommerziellen Lichtquellen für Quantenkommunikation basieren bis heute auf dieser Idee. Die größte Herausforderung ist dabei, ununterscheidbare und zufällig polarisierte Photonen mit einer hohen Rate in einer möglichst kompakten und energieeffizienten Quelle zu erzeugen. Am Fraunhofer IOF wurde eine Photonenquelle entwickelt, die auf einem linearen Array aus acht vertikal emittierenden Halbleiterlasern (VCSELs) basiert. Sie verfügt über eine besonders kompakte Bauweise, hohe spektrale und zeitliche Präzision sowie eine gute Polarisationsqualität. Das System ist speziell für sichere Verbindungen von Satelliten zur Bodenstation entwickelt. Die neue Photonenquelle nutzt ein Galliumarsenid (GaAs)- Substrat für acht VCSEL bei 850 nm mit lithographisch strukturierten Polarisatoren, die an der Universität Stuttgart entwickelt wurden. Mit diesen integrierten Komponenten kann die Quelle vier Polarisationszustände (H / V / D / A) für Signale nach dem BB84 Protokoll aus einer ultrakompakten Box liefern. Die Temperaturabweichungen der einzelnen VCSEL sind deutlich kleiner als 0,5 K. Dadurch können die Wellenlängenunterschiede der polarisierten Photonenpakete < 40 pm gehalten werden. Vorläufige Daten zeigen, dass The concept of using strongly attenuated, randomly polarized light pulses for secure quantum communication emerged in the mid-1980s. Most commercial light sources for quantum communication are still based on this idea. The major challenge here is to generate indistinguishable and randomly polarized photons at a high rate in a source that is as compact and energy efficient as possible. Fraunhofer IOF has developed a photon source based on a linear array of eight vertically emitting semiconductor lasers (VCSELs). It has an ultra-compact design, high spectral and temporal precision, as well as good polarization quality. The system has been specially developed for secure connections from satellites to the ground station. The new photon source employs a gallium arsenide (GaAs) substrate for eight VCSELs at 850 nm with lithographically structured polarizers developed at the University of Stuttgart. With these integrated components, the source can deliver four polarization states (H / V / D / A) for signals according to the BB84 protocol from an ultra-compact box. The temperature deviations of the individual VCSELs are significantly smaller than 0.5 K. As a result, the wavelength differences of the polarized photon packets < 40 pm can be maintained. Preliminary data show that the on-chip polarizers achieve an extinction ratio of at least 12 dB in the diagonal direction and at least 20 dB in the horizontal or vertical direction. [1] Das Gehäuse der VCSEL-Laserdioden mit integrierter Temperaturkontrolle ist äußerst kompakt. / The housing of VCSEL laser diodes with integrated temperature control is extremely compact.
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