一种降低平衡零拍探测系统光学损耗的装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种降低平衡零拍探测系统光学损耗的装置及方法，其中，该装置包括平衡零拍探测器、50\50分束器、第一组凹面高反镜A、第一组凹面高反镜B、第二组凹面高反镜A和第二组凹面高反镜B、频谱分析仪、示波器、光学参量振荡器和激光器；其中，量子光场与本底光在50\50分束器上耦合后平分到平衡零拍探测光路的两臂；第一光电二极管的感光面反射出的剩余反射光通过第二组凹面高反镜A进行回收并再次反射到第一光电二极管的感光面，第二光电二极管的感光面反射出的剩余反射光通过第二组凹面高反镜B进行回收并再次反射到第二光电二极管的感光面。本发明专利技术降低了量子光场探测系统的光学损耗。

A device and method to reduce the optical loss of the balanced zero beat detection system

The invention discloses a device and method for reducing the optical loss of the balanced zero beat detection system, wherein the device comprises a balanced zero beat detector, a 50 \\ 50 beam splitter, a first set of concave high mirror a, a first set of concave high mirror B, a second set of concave high mirror a and a second set of concave high mirror B, a spectrum analyzer, an oscilloscope, an optical parametric oscillator and a laser; wherein, the quantum light After the field and background light are coupled on the 50 \\ 50 beam splitter, they are bisected to the two arms of the balanced zero beat detection light path; the residual reflected light reflected from the sensitive surface of the first photodiode is recovered through the second set of concave high mirror a and then reflected to the sensitive surface of the first photodiode again, and the residual reflected light reflected from the sensitive surface of the second photodiode is recovered through the second set of concave high mirror B And reflect to the sensitive surface of the second photodiode again. The invention reduces the optical loss of a quantized optical field detection system.

【技术实现步骤摘要】
一种降低平衡零拍探测系统光学损耗的装置及方法
本专利技术属于量子光场探测系统
，尤其涉及一种降低平衡零拍探测系统光学损耗的装置及方法。
技术介绍
量子精密测量是近年兴起的一项颠覆性技术，该技术具有突破散粒噪声，实现超灵敏探测的能力，在科学研究、生物医学、工业生产、空间技术和国防技术中具有广泛的应用潜力，如压缩态光场、纠缠态光场作为典型的两种量子光场，是量子信息、量子成像和精密测量等领域的重要资源。为了突破散粒噪声基准进一步提升量子精密测量的测量精度，人们制备出了噪声水平越来越低的量子光场(Phys.Rev.Lett.117.110801)，而高性能量子光场噪声水平的精确测量则需要研制性能更好量子光场探测系统。相关研究表明，影响量子光场噪声水平测量精度的因素主要有两个：一是平衡零拍探测器的的电子学性能；二是平衡零拍探测系统的光学损耗。关于平衡零拍探测器山西大学郑耀辉团队已经研制出了可以满足现有量子光场噪声水平测量的平衡零拍探测器(Opt.Express23(18),23859)。对于降低平衡零拍探测系统的光学损耗，目前还缺乏有效的方法。因此研制一种利用凹面高反镜降低平衡零拍探测系统光学损耗的方法才能满足目前高性能量子光场的精确探测需求，对提升量子态保真度和量子精密测量灵敏度具有重要意义。在现有量子光场探测系统中，量子光场的光学损耗主要来自光学参量振荡器之后到平衡零拍探测光电二极管之前所有光学元件对量子光场的光学损耗，外加光电二极管的量子效率小于100％和量子光场与本底光的干涉效率小于100％引入的光学损耗。平衡零拍探测器的量子效率由探测器所用光电二极管的性能决定，光电二极管出厂时一般都有标称，量子光场与本底光的干涉效率利用现有技术已经可以接近100％。而光学参量振荡器之后到平衡零拍探测器光电二极管之前，量子光场的光学损耗则由所有光学元件表面镀膜的反射率和光学元件基片材料的吸收、散射系数等因素共同决定。现有技术中，量子光场探测系统的光路部分由以下光学元件组成：50/50分束器、一对22.5°入射角镀膜的高反平面镜、一对聚焦光束的平凸透镜和平衡零拍探测器。这样的平衡零拍探测系统光路结构使得光学参量振荡器之后到平衡零拍探测器光电二极管之前，量子光场传输过程中要经过50/50分束器前后两个光学表面、50/50分束器基片、一对22.5°入射角镀膜的高反平面镜前表面、一对平凸透镜的前后表面和平凸透镜的基片，以及平衡零拍探测器两只光电二极管的感光表面。以上这些光学元件的光学表面和基片引入的光学损耗累加起来约1.2％(根据福建华科光电有限公司当前市场商用光学元件镀膜参数及基片材料参数粗略估算：50/50分束器前后表面和基片产生的光学损耗约0.2％，一对22.5°入射角镀膜的高反平面镜两个前表面产生的光学损耗约0.1％，一对平凸透镜的前后表面和平凸透镜的基片产生的光学损耗约0.3％～0.5％，平衡零拍探测器两只光电二极管的两个感光表面产生的光学损耗约0.4％，二极管标称量子效率大于99％)，使得光学损耗巨大。
技术实现思路
本专利技术解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供了一种降低平衡零拍探测系统光学损耗的装置及方法，降低了量子光场探测系统的光学损耗。本专利技术目的通过以下技术方案予以实现：根据本专利技术的一个方面，提供了一种降低平衡零拍探测系统光学损耗的装置，包括：平衡零拍探测器、50\50分束器、第一组凹面高反镜A、第一组凹面高反镜B、第二组凹面高反镜A和第二组凹面高反镜B、频谱分析仪、示波器、光学参量振荡器和激光器；其中，光学参量振荡器发出的量子光场与激光器发出的本底光在50\50分束器上耦合后平分到平衡零拍探测光路的两臂，一路经第一组凹面高反镜A反射、聚焦并以特定入射角注入到平衡零拍探测器的第一光电二极管的感光面上，另一路经第一组凹面高反镜B反射、聚焦并以特定入射角注入到平衡零拍探测器的第二光电二极管的感光面上；第一光电二极管的感光面反射出的剩余反射光通过第二组凹面高反镜A进行回收并再次反射到第一光电二极管的感光面，第二光电二极管的感光面反射出的剩余反射光通过第二组凹面高反镜B进行回收并再次反射到第二光电二极管的感光面；频谱分析仪和示波器分别与平衡零拍探测器相连接。上述降低平衡零拍探测系统光学损耗的装置中，一路经第一组凹面高反镜A反射、聚焦并以10°-20°入射角注入到平衡零拍探测器的第一光电二极管的感光面上；另一路经第一组凹面高反镜B反射、聚焦并以10°-20°入射角注入到平衡零拍探测器的第二光电二极管的感光面上。上述降低平衡零拍探测系统光学损耗的装置中，第一组凹面高反镜A和第一组凹面高反镜B均为直径为25.4mm，厚度为6.35mm，凹面曲率半径为200mm。上述降低平衡零拍探测系统光学损耗的装置中，第一组凹面高反镜A和第一组凹面高反镜B的凹面均镀膜，膜为3°入射角1064nm波长高反膜。上述降低平衡零拍探测系统光学损耗的装置中，第二组凹面高反镜A和第二组凹面高反镜B均为直径为12.7mm，厚度为3mm，凹面曲率半径为50mm。上述降低平衡零拍探测系统光学损耗的装置中，第二组凹面高反镜A和第二组凹面高反镜B的凹面均镀膜，膜为0°入射角1064nm波长高反膜。根据本专利技术的另一方面，还提供了一种降低平衡零拍探测系统光学损耗的方法，所述方法包括如下步骤：1)光学参量振荡器发出的量子光场与激光器发出的本底光在50\50分束器上耦合，并使分束到平衡零拍探测光路两臂的两路光功率相同、空间模式和腰斑位置重合；2)一路光经第一组凹面高反镜A反射、聚焦并以特定入射角注入到平衡零拍探测器的第一光电二极管的感光面上，另一路光经第一组凹面高反镜B反射、聚焦并以特定入射角注入到平衡零拍探测器的第二光电二极管的感光面上；3)第一光电二极管的感光面反射出的剩余反射光通过第二组凹面高反镜A进行回收并再次反射到第一光电二极管的感光面，第二光电二极管的感光面反射出的剩余反射光通过第二组凹面高反镜B进行回收并再次反射到第二光电二极管的感光面；第一光电二极管和第二光电二极管将光信号转换为电信号；4)平衡零拍探测器将电信号处理得到直流信号，并将直流信号接入示波器，检验经50\50分束器一分为二的本底光注入到平衡零拍探测器两只光电二极管的功率是否相同，如有不同则可通过旋转50\50分束器的角度微调分到平衡零拍系统两臂的本底光的功率；5)平衡零拍探测器将电信号处理得到交流信号，并将交流信号接入频谱分析仪，锁定量子光场和本底光的相对位相则可对量子光场进行正交振幅分量或正交位相分量噪声水平的测量。上述降低平衡零拍探测系统光学损耗的方法中，一路经第一组凹面高反镜A反射、聚焦并以10°-20°入射角注入到平衡零拍探测器的第一光电二极管的感光面上；另一路经第一组凹面高反镜B反射、聚焦并以10°-20°入射角注入到平衡零拍探测器的第二光电二极管的感光面上。上述降低平衡零拍探测系统光学损耗的方法中，第一组凹面高反镜A和第一组凹面高反镜B均为直径为25.4mm，厚度为6.35mm，凹面曲率半径为200mm；第本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种降低平衡零拍探测系统光学损耗的装置，其特征在于包括：平衡零拍探测器(1)、50\50分束器(2)、第一组凹面高反镜A(3)、第一组凹面高反镜B(4)、第二组凹面高反镜A(5)、第二组凹面高反镜B(6)、频谱分析仪(7)、示波器(8)、光学参量振荡器(9)和激光器(10)；其中，/n光学参量振荡器(9)发出的量子光场与激光器(10)发出的本底光在50\50分束器(2)上耦合后平分到平衡零拍探测光路的两臂，一路经第一组凹面高反镜A(3)反射、聚焦并以特定入射角注入到平衡零拍探测器(1)的第一光电二极管(11)的感光面上，另一路经第一组凹面高反镜B(4)反射、聚焦并以特定入射角注入到平衡零拍探测器(1)的第二光电二极管(12)的感光面上；第一光电二极管(11)的感光面反射出的剩余反射光通过第二组凹面高反镜A(5)进行回收并再次反射到第一光电二极管(11)的感光面，第二光电二极管(12)的感光面反射出的剩余反射光通过第二组凹面高反镜B(6)进行回收并再次反射到第二光电二极管(12)的感光面；/n频谱分析仪(7)和示波器(8)分别与平衡零拍探测器(1)相连接。/n

【技术特征摘要】
1.一种降低平衡零拍探测系统光学损耗的装置，其特征在于包括：平衡零拍探测器(1)、50\50分束器(2)、第一组凹面高反镜A(3)、第一组凹面高反镜B(4)、第二组凹面高反镜A(5)、第二组凹面高反镜B(6)、频谱分析仪(7)、示波器(8)、光学参量振荡器(9)和激光器(10)；其中，
光学参量振荡器(9)发出的量子光场与激光器(10)发出的本底光在50\50分束器(2)上耦合后平分到平衡零拍探测光路的两臂，一路经第一组凹面高反镜A(3)反射、聚焦并以特定入射角注入到平衡零拍探测器(1)的第一光电二极管(11)的感光面上，另一路经第一组凹面高反镜B(4)反射、聚焦并以特定入射角注入到平衡零拍探测器(1)的第二光电二极管(12)的感光面上；第一光电二极管(11)的感光面反射出的剩余反射光通过第二组凹面高反镜A(5)进行回收并再次反射到第一光电二极管(11)的感光面，第二光电二极管(12)的感光面反射出的剩余反射光通过第二组凹面高反镜B(6)进行回收并再次反射到第二光电二极管(12)的感光面；
频谱分析仪(7)和示波器(8)分别与平衡零拍探测器(1)相连接。


2.根据权利要求1所述的降低平衡零拍探测系统光学损耗的装置，其特征在于：一路经第一组凹面高反镜A(3)反射、聚焦并以10°-20°入射角注入到平衡零拍探测器(1)的第一光电二极管(11)的感光面上；
另一路经第一组凹面高反镜B(4)反射、聚焦并以10°-20°入射角注入到平衡零拍探测器(1)的第二光电二极管(12)的感光面上。


3.根据权利要求1所述的降低平衡零拍探测系统光学损耗的装置，其特征在于：第一组凹面高反镜A(3)和第一组凹面高反镜B(4)均为直径为25.4mm，厚度为6.35mm，凹面曲率半径为200mm。


4.根据权利要求3所述的降低平衡零拍探测系统光学损耗的装置，其特征在于：第一组凹面高反镜A(3)和第一组凹面高反镜B(4)的凹面均镀膜，膜为3°入射角1064nm波长高反膜。


5.根据权利要求1所述的降低平衡零拍探测系统光学损耗的装置，其特征在于：第二组凹面高反镜A(5)和第二组凹面高反镜B(6)均为直径为12.7mm，厚度为3mm，凹面曲率半径为50mm。


6.根据权利要求5所述的降低平衡零拍探测系统光学损耗的装置，其特征在于：第二组凹面高反镜A(5)和第二组凹面高反镜B(6)的凹面均镀膜，膜为0°入射角1064nm波长高反膜。


7.一种降低平衡零拍探测系统光学损耗的方法，其特征...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨文海，刁文婷，蔡春晓，段崇棣，
申请(专利权)人：西安空间无线电技术研究所，
类型：发明
国别省市：陕西;61