量子密钥分配(QKD)网络是由网络节点按照一定的拓扑结构连接而成的。目前出现的QKD网络可根据其节点功能性分为3类: 光学节点QKD网络、信任节点QKD网络以及量子节点QKD网络。文章论述了QKD网络的研究进展, 对现有的3种网络的结构、性能进行了全面的对比分析。通过对比, 提出了一种高效实用的新型QKD网络方案。

量子密钥分发所面临的最主要问题是如何实现高码率、远距离的量子密钥传输。为提高量子保密通信系统量子密钥生成的速率，将双探测器量子密钥分发方案应用于 BBM92协议，并分别在理想纠缠光源、参量下转换纠缠光源两种情况下进行了数值仿真。对系统性能进行对比后得出:在BBM92协议中利用双探测器，量子密钥分发系统 的密钥生成率明显高于单探测器系统，而误码率大幅度低于单探测器系统。理想光源情况下传输距离可扩展到300 km，参量下转换光源的情况下，传输距离也可达250 km。

通过理论分析和数值计算, 对Cr4+:YAG飞秒脉冲激光器光路结构的优化设计进行了研究。提出了在谐振腔内插入一薄聚焦透镜代替另一折叠镜以降低光路的复杂性。为研究起色散补偿作用的棱镜对对腔的稳定性和像散带来的影响, 导出了棱镜对的光传输矩阵。通过编程计算得出了连续运转和锁模运转两种工作方式下的不同参数的谐振腔稳区图, 对激光器工作点的选择做出了论述。定义了像散补偿失配因子F, 做出了像散补偿区域分布图。指出F<0.05的区域具有良好的像散补偿特性, 也是激光器光路结构参数设计必须要考虑的重要方面。论证了改变抽运光聚焦透镜的位置可实现抽运光与腔内振荡光的匹配。

以1550 nm为中心波长, 利用掺铒光纤激光器产生的120 fs脉冲序列, 在一段40 m长的色散平坦高非线性光子晶体光纤中进行了超连续谱产生的实验研究。实验中光纤的非线性系数约为11 W-1·km-1, 并且在1500～1650 nm波长范围内具有平坦的色散曲线, 色散值变化小于1.2 ps /(nm·km)。在入纤功率为20.8 dBm时, 产生了超过480 nm(20 dB带宽)的超连续谱(1220～1700 nm), 并且在两个通信窗口均较为平坦, 这在超连续光源、波长变换等方面有重要的应用价值。

利用激光脉冲抽运40 m的色散平坦光子晶体光纤(PCF)，通过四波混频(FWM)效应获得了高质量、高计数率的纠缠光子源。实验测得信号与闲频光分别处于1545 nm和1555 nm处。光子对的符合与偶然符合比可达8，对应的符合速率达1.43 kHz。理论结果与实验结果基本吻合，该系统可作为量子密钥分发系统的光源，误码率可小于6%。

Due to the limit of response speed of the present single-photon detector, the code rate is still too low to come into practical use for the present quantum key distribution (QKD) system. A new idea is put up to design a quick single-photon detector. This quick single-photon detector is composed of a multi-port optic-fiber splitter and many avalanche photo diodes (APDs). All of the ports with APDs work on the time division and cooperate with a logic discriminating and deciding unit driven by the clock signal. The operation frequency lies on the number N of ports, and can reach N times of the conventional single-photon detector. The single-photon prompt detection can come true for high repetition-rate pulses. The applying of this detector will largely raise the code rate of the QKD, and boost the commercial use.

利用平面波展开法计算了圆六边形空气孔按三角形排列的光子晶体带隙,基于带隙图设计了移去7根玻璃毛细管形成纤芯、传输波长λ=1.55 μm的空芯光子带隙光纤的结构参量。随后利用全矢量有限元法计算了所设计的在纤芯-包层交界面处引入石英环的光纤,给出了在不同半径情况下沿z轴方向的光强分布、光强等高线分布图和损耗随引入石英环相对厚度的变化曲线。得出了光纤消除表面模、减小损耗的纤芯外半径取值范围为1.55Λ~1.7Λ,石英环的相对厚度取值范围为1.3～1.5或3.4～3.8。通过分析发现石英环的引入既可以抑制表面模也可以激发表面模,抑制还是激发有赖于纤芯外半径和石英环厚度的选择。

固体激光器的脉冲稳定性限制了激光器在很多方面的应用。从被动锁模Cr⁴⁺∶YAG激光器腔内脉冲的传播方程出发，得到了带噪声的非线性Schr?dinger方程，进一步分析了脉冲在激光器腔内的时间传播形式，建立了锁模Cr⁴⁺∶YAG固体激光器振脉冲参数的线性扰动方程，推导出了脉冲参数波动的动力学方程以及时间和相位的均方根波动关系式。提出了一个减少锁模Cr⁴⁺∶YAG固体激光器脉冲时间抖动的实验方案，旨为锁模Cr⁴⁺∶YAG固体激光器能够用作光纤通信和量子通信中的光源提供理论上的帮助。

Wavelength conversion based on four-wave mixing (FWM) has been demonstrated using a 40-m dispersion flattened highly nonlinear photonic crystal fiber (HNL-PCF). A conversion efficiency of -26 dB for a pump power of 19.5 dBm and a conversion bandwidth of 28 nm have been obtained, which are limited by the continuous wave (CW) laser wavelength range and tunability of optical band pass filters (OBPFs).

研制了一台波长可调混合锁模掺铒光纤激光器.该激光器是由基于分光比为30:70的耦合器和偏振控制器组成的Sagnac干涉仪构成.通过10 GHz的调制器的调制,得到重复率为9.998149 GHz,脉宽小于18 ps的锁模脉冲输出.该脉冲是近变换极限脉冲.