基于微波光学调制器的微波单量子探测器制造技术

本发明专利技术提出一种基于微波光学调制器的微波单量子探测器，包括微波信号输入装置、低噪声放大器、微波滤波器、激光器、微波光子转换器、光学滤波器、光子可控衰减器和单光子探测器。本发明专利技术基于微波光学调制器，将微波信号上转换为光学信号，实现微波单量子探测。本发明专利技术基于微波光学调制器的微波单量子探测器，在微波信号输入装置处输入微波信号，微波信号经过放大滤波、电光转换，光子滤波，进入光子探测器，得到单光子信号，用于后端的信号处理，分析输入微波信号的电磁特性。本发明专利技术具有探测效率高、计数率高、暗计数低的特点，所有器件工作在室温下，无需专用的制冷设备，无需使用加工工艺难度大的微纳机构，实现方便。

【技术实现步骤摘要】
基于微波光学调制器的微波单量子探测器
本专利技术属于微波量子精密测量及量子雷达领域，具体为一种基于微波光学调制器的微波单量子探测器。
技术介绍
微波单量子探测是量子精密测量领域急需的关键技术，国际上已有可实现技术，已有技术包括直接微波单量子探测和间接微波单量子探测。直接微波量子探测采用极低温条件下，利用约瑟夫森结对单个微波量子的响应，实现微波单量子探测。该探测器工作温度是10mK的极低温，约瑟夫森结采用微米结构加工工艺实现。该方法可以直接探测微波单量子，是微波量子雷达技术具有竞争力的实现方式之一。微波单量子探测器的间接实现方法，是在10mK的极低温条件下，采用微纳结构机械谐振腔，利用微波谐振和光学谐振机理，对微波单量子的动量产生耦合响应，将微波量子转换成光学单光子，再通过光学单光子探测器探测，实现微波单量子探测器。该方法是微波量子雷达技术另一种具有竞争力的实现方式。现有技术第一种实现方法，即利用约瑟夫森结实现的直接微波单量子探测技术，在10mK极低温条件下，利用约瑟夫森结对微波单量子的响应，实现微波单量子探测。该探测器工作在10mK极低温的工作温度，极低温工作环境的构建需要使用稀释制冷技术的专用设备，技术复杂，造价昂贵。同时约瑟夫森结制造工艺复杂，实现难度大。现有技术第二种实现方法，即通过微纳结构将微波单量子与光学单光子耦合实现的微波单量子间接探测方法，最大不足之处同样在于放置微波器件的10mK极低温环境，技术复杂，造价昂贵。同时机械腔转换机构为微纳结构，加工过程复杂，实现工艺难度大。
技术实现思路
本专利技术针对微波量子雷达信号特性和微波量子雷达发展需求，提出一种新的在常温环境下可以工作的微波单量子探测器实现方法，即基于微波光学调制器实现的微波单量子探测器，利用目前已有常规微波和光学器件的集成，实现微波单量子的探测，满足目前微波量子雷达的需求。本专利技术采用微波信号放大滤波预处理技术、微波光学上转换技术、光学滤波技术和光学单光子探测技术相结合的方法，实现基于微波光学调制器的微波单量子探测器。本专利技术的技术方案为：所述一种基于微波光学调制器的微波单量子探测器，其特征在于：包括微波信号输入装置、低噪声放大器、微波滤波器、激光器、微波光子转换器、光学滤波器、光子可控衰减器和单光子探测器；通过微波信号输入装置输入的微波信号经过低噪声放大器后输入微波滤波器，微波滤波器对放大的微波信号进行滤波，滤掉信号带外噪声和杂散；微波滤波器滤波后的微波信号以及激光器产生的激光信号输入微波光子转换器；微波光子转换器将微波信号调制到光学信号中，调制后的激光信号包括激光器输出的主载波和调制副载波，其中微波信号频谱搬移到激光信号的第一副载波上；光学滤波器滤除掉微波光子转换器输出光学信号中的主载波信号和高次副载波信号，只留下第一副载波信号；光学滤波器输出信号的信号强度经光子可控衰减器衰减到单光子探测器可以工作的强度；单光子探测器对由微波量子转换来的光学光子进行单光子接收并进行记时。进一步的优选方案，所述一种基于微波光学调制器的微波单量子探测器，其特征在于：光子可控衰减器的输出信号经过光子分束器等分为若干路，每一路输出信号通过光子可变延时器进行延时调节，消除各路之间的时间延迟误差后，分别输入各路的单光子探测器中，每一路单光子探测器对输入来的光学光子进行单光子探测并进行记时，实现多通道微波单量子探测并记时。进一步的优选方案，所述一种基于微波光学调制器的微波单量子探测器，其特征在于：光子可变延时器通过噪声信号符合计数聚束峰方法调节延时量。进一步的优选方案，所述一种基于微波光学调制器的微波单量子探测器，其特征在于：所述低噪声放大器将后继信号转换和处理过程引入的信噪比恶化控制在小于0.1dB范围内。进一步的优选方案，所述一种基于微波光学调制器的微波单量子探测器，其特征在于：所述激光器选取波长1550nm，功率10～60mW，带宽MHz级的激光器。进一步的优选方案，所述一种基于微波光学调制器的微波单量子探测器，其特征在于：所述光学滤波器为皮米级极窄线宽滤波器。有益效果本专利技术工作在常温条件下，基于微波光学调制器，将微波信号上转换为光学信号，实现微波单量子探测，可用于微波量子增强雷达领域，实现微波量子符合测量和微波量子数态分析等目的。本专利技术基于微波光学调制器的微波单量子探测器，在微波信号输入装置处输入微波信号，例如频率为10GHz的微波单载波信号，微波信号经过放大滤波、电光转换，光子滤波，进入光子探测器，得到单光子信号，用于后端的信号处理，分析输入微波信号的电磁特性。本专利技术微波信号可以是单载波信号，也可以是脉冲信号，或者任意形式(包括热噪声)微波信号。本专利技术方法简单、实用性好、可以在常温下工作，基于微波光学调制器的微波单量子探测器工作频率为9.5GHz～10.5GHz，探测效率为60％，计数率为10MHz，暗计数为250，与工作在10mK极低温的约瑟夫森结微波单量子探测器和微纳结构微波单量子间接探测器相比，两者性能相当。本专利技术的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本专利技术的实践了解到。附图说明本专利技术的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：图1：实施例1中基于微波光学调制器的双通道输出式微波单量子探测器的原理框图；图2：实施例2中基于微波光学调制器的单通道输出式微波单量子探测器的原理框图；图3：双通道输出式微波单量子探测器得到的微波单量子探测结果图；图4：单通道输出式微波单量子探测器得到的微波单量子探测结果图。具体实施方式下面详细描述本专利技术的实施例，所述实施例是示例性的，旨在用于解释本专利技术，而不能理解为对本专利技术的限制。实施例1：本实施例为双通道输出式微波单量子探测器，由微波信号输入装置(1)，高性能低噪声放大器(2)，微波滤波器(3)，激光器(6)，微波光子转换器(4)，光学滤波器(5)，光子可控衰减器(7)，光子分束器(8)，光子可变延时器(9)和单光子探测器(10)组成。微波信号输入装置(1)用于输入量子雷达接收信号、信号源输入信号和/或噪声源输入信号。高性能低噪声放大器(2)将后继信号转换和处理过程引入的信噪比恶化控制在小于0.1dB范围内。微波滤波器(3)对放大的微波信号进行滤波，滤掉信号带外噪声和杂散。微波滤波器(3)滤波后的微波信号以及激光器(6)产生的激光信号输入微波光子转换器(4)，其中激光器选取波长1550nm，功率10～60mW，带宽MHz级。微波光子转换器(4)采用调制频率为10GHz的微波光学调制器，实现将微波信号调制到光学信号中。根据调制信号理论和技术，调制后的激光信号包括激光器输出的主载波和调制副载波，其中微波信号频谱搬移到激光信号的第一副载波上。光学滤波器(5)为皮米(pm)级极窄线宽滤波器，滤除掉微波光子转换器(4)输出的光学信号中的主载波信号和高次副载波信号，只留下第一副载波信号，该信号频谱特性和微波信号特性(除中心频率不同外)相同。光子可控衰减器(7)用于衰减光学滤波器(5)输出的第一副载波信号，使信号强度衰减到单光子探测器可以工作的强度。光子分束器(8)实现信号等分；由于光子分束器两路输出的时间延迟量存在误差，通过光子可变延时器(9)本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于微波光学调制器的微波单量子探测器，其特征在于：包括微波信号输入装置、低噪声放大器、微波滤波器、激光器、微波光子转换器、光学滤波器、光子可控衰减器和单光子探测器；通过微波信号输入装置输入的微波信号经过低噪声放大器后输入微波滤波器，微波滤波器对放大的微波信号进行滤波，滤掉信号带外噪声和杂散；微波滤波器滤波后的微波信号以及激光器产生的激光信号输入微波光子转换器；微波光子转换器将微波信号调制到光学信号中，调制后的激光信号包括激光器输出的主载波和调制副载波，其中微波信号频谱搬移到激光信号的第一副载波上；光学滤波器滤除掉微波光子转换器输出光学信号中的主载波信号和高次副载波信号，只留下第一副载波信号；光学滤波器输出信号的信号强度经光子可控衰减器衰减到单光子探测器可以工作的强度；单光子探测器对由微波量子转换来的光学光子进行单光子接收并进行记时。

【技术特征摘要】
1.一种基于微波光学调制器的微波单量子探测器，其特征在于：包括微波信号输入装置、低噪声放大器、微波滤波器、激光器、微波光子转换器、光学滤波器、光子可控衰减器和单光子探测器；通过微波信号输入装置输入的微波信号经过低噪声放大器后输入微波滤波器，微波滤波器对放大的微波信号进行滤波，滤掉信号带外噪声和杂散；微波滤波器滤波后的微波信号以及激光器产生的激光信号输入微波光子转换器；微波光子转换器将微波信号调制到光学信号中，调制后的激光信号包括激光器输出的主载波和调制副载波，其中微波信号频谱搬移到激光信号的第一副载波上；光学滤波器滤除掉微波光子转换器输出光学信号中的主载波信号和高次副载波信号，只留下第一副载波信号；光学滤波器输出信号的信号强度经光子可控衰减器衰减到单光子探测器可以工作的强度；单光子探测器对由微波量子转换来的光学光子进行单光子接收并进行记时。2.根据权利要求1所述一种基于微波光学调制器的微波单量子探测器，其...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴养曹，李桂红，尤立星，赵军民，章利球，严会玲，李浩，穆继芒，蒋燕阳，王平，白亚军，段可欣，
申请(专利权)人：中国电子科技集团公司第三十九研究所，中国科学院上海微系统与信息技术研究所，
类型：发明
国别省市：陕西,61