Study and realization of secure optical transmission systems

Contribution à l'étude et la réalisation de systèmes de transmissions optiques sécurisées

Quyen Dinh Xuan (1)

1 SATIE - Systèmes et Applications des Technologies de l'Information et de l'Energie

The works presented here belongs to the field of cryptography and more precisely to the quantum cryptography. The goal is to design a system for transmitting simultaneously a key for encoding and a signal clock in the same optical fibre (at the classical wavelength of telecommunications 1550 nm) in order to avoid the effects of chromatic dispersion. Indeed the signal representing the key of encoding must be carried out in the form of strongly attenuated pulses simulating single photons; under these conditions it is necessary for improving the detection to know thanks to a clock signal the arrival time of the pulses. We achieve two signals with very close wavelengths (variation of 0.88 pm) thanks to an acousto-optic modulator, each one serving as carrier for one the two signals. At the reception stage it is necessary to separate these two wavelengths and for this reason a filter based on a Fabry-Pérot interferometer has been designed, produced, tested and implemented at the laboratory. Then we also produced a photodetector based on an avalanche photodiode, with the possibility to lower the operating temperature until approximately 0°C. The system was entirely carried out and we have shown the feasibility of this technique. Improvements remain to be brought in particular on the stability of the optical filter and the operation of the detector in counting mode of photons.

Les travaux de cette thèse s'inscrivent dans le cadre de la cryptographie, et plus précisément de la cryptographie quantique. Le but est de concevoir un système permettant de transmettre simultanément une clé de cryptage et un signal horloge dans une même fibre optique (à la longueur d'onde des télécommunications soit 1550 nm) en essayant d'éviter les effets de la dispersion chromatique. En effet le signal représentant la clé de cryptage doit être réalisé sous forme d'impulsions fortement atténuées simulant des photons uniques et dans ces conditions il est nécessaire de disposer au niveau du détecteur d'un signal horloge donnant l'instant d'arrivée des impulsions. Nous fabriquons deux signaux de longueurs d'onde très proches (écart de 0,88 pm) grâce à un modulateur acousto-optique, chacune servant de porteuse à un des deux signaux. A la réception il est nécessaire de séparer ces deux longueurs d'ondes et pour cela un filtre basé sur un interféromètre de Fabry-Pérot a été conçu, réalisé, testé et mis en oeuvre au laboratoire. Puis nous avons aussi réalisé un photodétecteur basé sur une photodiode à avalanche, dont nous pouvons abaisser la température de fonctionnement jusqu'à environ 0°C. Le système a été entièrement réalisé et nous avons pu montrer la faisabilité de cette technique. Des améliorations restent à apporter en particulier sur la stabilité du filtre optique et sur le fonctionnement du détecteur en mode comptage de photons.

Mots clés: quantum cryptography; single photon; modulator acousto-optics; cavity Fabry Pérot; photodiode with avalanche; controls temperature; counting of photons

Mots clés: cryptographie quantique; photons uniques; modulateur acousto; photodiode à avalanche; optique; contrôle de température; cavité Fabry Pérot; comptage de photons

Domaines: Physique [physics]

Quyen Dinh Xuan. Contribution à l'étude et la réalisation de systèmes de transmissions optiques sécurisées. Physique [physics]. École normale supérieure de Cachan - ENS Cachan, 2007. Français. ⟨NNT : ⟩. ⟨tel-00204765⟩