最近，由中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)、中科院上海技術(shù)物理研究所、中科院光電技術(shù)研究所（簡(jiǎn)稱光電所）組成的協(xié)同創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)，在國(guó)際上首次成功實(shí)現(xiàn)星地量子密鑰分發(fā)的全方位地面驗(yàn)證，為未來實(shí)現(xiàn)基于星地量子通信的全球化量子網(wǎng)絡(luò)奠定了基礎(chǔ)。

在量子通信實(shí)驗(yàn)中，光電所研制的高精度地面站望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)突破了高偏振保真度光學(xué)薄膜技術(shù)和高精度跟蹤控制技術(shù)，為量子實(shí)驗(yàn)有關(guān)的工程總體方案制定、工程產(chǎn)品研制總體集成打下堅(jiān)實(shí)的技術(shù)基礎(chǔ)。

“要構(gòu)建穩(wěn)定的量子通信鏈路，必須依靠高精度的地面站系統(tǒng)來快速捕獲信標(biāo)光并實(shí)現(xiàn)高精度穩(wěn)定跟蹤。”據(jù)光電所研究員黃永梅介紹，自2007年起的4年間，團(tuán)隊(duì)成員主要圍繞水平遠(yuǎn)距離傳輸條件下的高精度跟蹤技術(shù)開展研究，成功完成口徑約700mm望遠(yuǎn)鏡和400mm望遠(yuǎn)鏡（即地面站接收系統(tǒng)）的研制工作。

700mm望遠(yuǎn)鏡接收到50公里外的發(fā)射端發(fā)射的信標(biāo)光

據(jù)了解，700mm望遠(yuǎn)鏡及控制裝置均安裝在青海湖邊臨時(shí)搭建的活動(dòng)板房?jī)?nèi)。為盡可能減少背景光造成的干擾，試驗(yàn)安排在夜晚進(jìn)行。“最艱難的是既要克服高海拔缺氧，又要在-10℃以下的低溫環(huán)境中做實(shí)驗(yàn)。”參與實(shí)驗(yàn)的科研人員告訴記者，活動(dòng)板房就像一個(gè)冰窖，為保證實(shí)驗(yàn)結(jié)果準(zhǔn)確可靠，他們常在板房甚至室外一呆就是5、6個(gè)小時(shí)。

科研人員在寒冷的板房?jī)?nèi)操作望遠(yuǎn)鏡控制裝置

常規(guī)實(shí)驗(yàn)通常需要5個(gè)人，一部分人負(fù)責(zé)系統(tǒng)操控，另一部分人負(fù)責(zé)光學(xué)系統(tǒng)維護(hù)。實(shí)驗(yàn)過程是在50公里外的發(fā)射端發(fā)射一束532nm信標(biāo)光（綠光），700mm接收望遠(yuǎn)鏡需要快速捕獲并穩(wěn)定跟蹤信標(biāo)光。為抑制大氣湍流的強(qiáng)抖動(dòng)，科研人員會(huì)采取多級(jí)跟蹤策略，以實(shí)現(xiàn)對(duì)信標(biāo)光的捕獲跟蹤。

不同級(jí)別探測(cè)器接收的信標(biāo)激光光斑

黃永梅表示，地面站接收系統(tǒng)不僅為量子先導(dǎo)星項(xiàng)目地面望遠(yuǎn)鏡工程方案制定打下了堅(jiān)實(shí)的技術(shù)基礎(chǔ)，也為今后星地光通訊技術(shù)發(fā)展作出了重要貢獻(xiàn)。

（原載于《中國(guó)科學(xué)報(bào)》2013-07-23 第5版 創(chuàng)新周刊）