中文摘要：

本研究针对使用弱激光脉冲偏振光编码的自由空间量子密码通信中需要解决的传输距离、本底光子噪声抑制、误码率等问题，提出两种原子滤光方案基于电磁诱导透明（EIT）的相干原子滤光和电离原子滤光/探测。研究相干原子滤光方案中原子数密度、磁场强度、消相干时间、样品泡长度、法拉第旋转角度和电离原子的方案中抽运激光波长、激光功率、电场强度等参数对于背景（月光或者月光）光子噪声滤光效率（透过率、抑制比、带宽）的影响。并在我们建成的自由空间量子密码通信系统中试图演示相干原子滤光和电离原子滤光/探测。其意义在于1、详细研究增强原子蒸汽的EIT效率，将首次给出使用单光子探测器测量原子蒸汽EIT的实验；2、全新的相干原子滤光方案取代干涉滤光片，将极大地改进量子密码通信中滤光技术，使其更接近于实用化。3、电离原子滤光/探测一体化器件同时取代干涉滤光片和单光子探测器两者，将极大地提高量子密码通讯效率。

结论摘要：

根据本项目研究的目标，实验研究了自由空间量子通信中原子滤光的机制。主要进展一首次使用装备有改进型被动式基态Rb原子色散滤光器的量子通信系统，成功演示了两个大楼之间230m自由空间距离的量子密码通信。尽管实验没有采用传统使用的时间窗计数和微孔空间滤波方法，量子密钥分发仍能保证较低错误率和合理的数据传输率。实验结果表明被动式基态Rb原子色散滤光器能够很好的工作在平均光子数小于1的量子密钥分发系统1）首次在小于1平均光子数的单光子水平使用；2）其仅仅作为一个小的'衰减介质'插入信号通道中；3）能够工作在灯光、星光、月光和黄昏日光条件，消除背景光噪声对量子密钥分发实验演示的影响。主要进展二实验研究了相干原子滤光，首次演示了Raman光放大的原子色散滤光器。与被动式基态Rb原子色散滤光器相比较，滤光信号的相对强度增加超过10倍；当放大倍数大于1倍时，原子滤光的工作带宽从1.5GHz量级减窄到~90MHz，并仍然保留了高透过率、高抑制比和工作波长可调节等优点。其可能极大改进自由空间量子通信系统，使之能够全天候工作。