非定域波长-时间映射的双光子联合光谱测量方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了非定域波长‑时间映射的双光子联合光谱测量方法及系统，包括以下步骤，首先对系统进行校准，得到闲置光子的波长与关联时间的关系；然后进行实际测量，将位于闲置光子光路的可调光谱滤波器移动至信号光子的光路上，改变校准时设定的可调光谱滤波器的中心波长，由此，可调光谱滤波器的中心波长变化情况为信号光子的波长变化情况，闲置光子的波长变化情况为λ＝a

【技术实现步骤摘要】
非定域波长-时间映射的双光子联合光谱测量方法及系统
本专利技术属于量子光源特性分析
，具体属于非定域波长-时间映射的双光子联合光谱测量方法及系统。
技术介绍
通过自发参量下转换过程产生的纠缠光子是一种非常重要的量子光源，在基础物理研究和量子信息
中发挥着重要的作用。按照纠缠的维度划分，常见的纠缠类别有偏振纠缠、动量纠缠以及频率纠缠。频率纠缠光子源在量子定位和时钟同步、量子光谱学及量子光学相干层析等领域有着广泛的应用，受到了众多研究者的广泛关注。频率纠缠光子源的纠缠特性一般用频率纠缠度来表征，频率纠缠度越大，说明其纠缠特性越好。从易于实验测量的角度出发，频率纠缠度可定义为单光子光谱与双光子联合光谱的宽度之比。因此，为了获得频率纠缠度，需要对频率纠缠光子源的单光子光谱和双光子联合光谱进行测量。对于能量在单光子级别的频率纠缠光子源而言，其单光子光谱和双光子联合光谱测量方案目前主要有以下两种：频域测量法，在频率纠缠光子源中的信号光路(或闲置光路)接入一台滤波器，另一路直接连接在单光子计数器上，便可组成一个频谱测量装置。依次扫描滤波器的中心波长，同时记录在设定波长处的符合计数值，这样便可测得信号光(或者闲置光)的频谱强度分布。测量双光子联合频谱时需在信号光路及闲置光路分别接入两台滤波器，通过依次扫描两路滤波器的中心波长，可测得频率纠缠光源的符合计数值与两台滤波器在设定波长处的变化情况，从而得到双光子联合频谱分布。时域测量法，利用不同波长(频率)的光子在色散介质中传播速度不同的特性，通过扫描光子到达时间与外部触发信号的时延差，可对光谱成分进行分辨。类似地，测量双光子联合频谱时，通过依次扫描两路光子与外部触发信号的时延差，再根据时延差与波长的关系可得到获得两路光子的波长信息，进而重构双光子联合频谱。总体而言，频域测量法用途广泛，对连续激光泵浦或者脉冲激光泵浦产生的频率纠缠光子源均可适用；缺点在于需要较长的扫描时间以获得完整的光谱信息。时域测量法精度高，相比于频域法具有更快的测量速度及更高的信噪比，但是该方案需要外部触信号作为时延测量的参考，因此并不适用于连续激光泵浦产生的频率纠缠光子源。
技术实现思路
为了解决现有技术中存在的问题，本专利技术提供一种非定域波长-时间映射的双光子联合光谱测量系统，解决现在单光子光谱和双光子联合光谱测量方法测量速度慢以及测量的应用范围窄。为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：非定域波长-时间映射的双光子联合光谱测量方法，包括以下步骤：步骤1)进行校准，在光纤偏振分束器的闲置光子输出端连接可调光谱滤波器，所述可调光谱滤波器的输出端连接色散元件，光纤偏振分束器的信号光子输出端连接第二单光子探测器；步骤11)在待测频率纠缠光子源的光谱范围内，通过设定可调光谱滤波器的中心波长，得到符合测量装置给出的闲置光子和信号光子的关联时间分布，拟合关联时间分布的数据获得关联时间分布的中心值τ，然后通过线性拟合获得闲置光子的波长与关联时间的关系：λ＝a+bτ，式中：λ为闲置光子的波长，a和b为实测数据线性拟合到的系数，其中，a为偏置，b为斜率；步骤2)进行实际测试，将步骤1)位于光纤偏振分束器的闲置光子输出端的可调光谱滤波器移动至光纤偏振分束器的信号光子输出端；步骤3)在待测频率纠缠光子源的光谱范围内，依次改变步骤11)中设定的可调光谱滤波器的中心波长，得到符合测量装置给出的闲置光子和信号光子的关联时间分布，拟合关联时间分布的数据获得关联时间分布的中心值；步骤4)所述步骤3)中可调光谱滤波器的中心波长变化情况为信号光子的波长变化情况，闲置光子的波长变化情况为λ＝a′+bτ，式中：λ为闲置光子的波长，τ为闲置光子和信号光子的关联时间分布的中心值，a′和b为实测数据线性拟合到的系数，其中，a′为偏置，b为斜率，根据信号光子和闲置光子的波长变化情况得到双光子联合频谱分布。进一步的，所述步骤1)进行校准的具体步骤如下：频率纠缠光子源输出光子到光纤偏振分束器，所述光纤偏振分束器将光子分为闲置光子和信号光子；所述光纤偏振分束器将闲置光子输入可调光谱滤波器，所述可调光谱滤波器用于选出闲置光子窄带的光谱成分，可调光谱滤波器输出闲置光子至色散元件，所述色散元件引入色散实现闲置光子的频域分布傅里叶变换到时间分布，在时间上被展宽的闲置光子送入第一单光子探测器，所述第一单光子探测器将闲置光子转化为电压信号，随后第一单光子探测器输出电压信号至符合测量装置；所述光纤偏振分束器将信号光子输入第二单光子探测器，所述第二单光子探测器将信号光子转化为电压信号，然后第二单光子探测器输出电压信号至符合测量装置，所述符合测量装置用于给出闲置光子和信号光子的关联时间分布。进一步的，所述步骤2)的步骤如下：频率纠缠光子源输出光子至光纤偏振分束器，所述光纤偏振分束器将光子分为信号光子和闲置光子，所述光纤偏振分束器将闲置光子输入色散元件，所述色散元件引入色散实现闲置光子的频域分布傅里叶变换到时间分布，在时间上被展宽的闲置光子送入第一单光子探测器，所述第一单光子探测器将闲置光子转化为电压信号，随后第一单光子探测器输出电压信号至符合测量装置，所述光纤偏振分束器将信号光子输入可调光谱滤波器，所述可调光谱滤波器用于选出信号光子窄带的光谱成分，所述可调光谱滤波器输出信号光子至第二单光子探测器，所述第二单光子探测器将信号光子转化为电压信号，随后第二单光子探测器输出电压信号至符合测量装置。进一步的，所述步骤2)中可调光谱滤波器移动至信号光子的光路上，扣除可调光谱滤波器引入信号光子光路上产生的时延，得到步骤4)中λ＝a′+bτ，式中：λ为闲置光子的波长，τ为闲置光子和信号光子的关联时间分布的中心值，a′和b为实测数据线性拟合到的系数。本专利技术还提供非定域波长-时间映射的双光子联合光谱测量方法的系统，包括光纤偏振分束器，所述光纤偏振分束器用于将光子分为闲置光子和信号光子，所述闲置光子的光路或信号光子的光路连接有可调光谱滤波器。进一步的，还包括频率纠缠光子源，所述频率纠缠光子源的输出端连接所述光纤偏振分束器的输入端，所述闲置光子的光路依次连接可调光谱滤波器、色散元件、第一单光子探测器、符合测量装置，所述可调光谱滤波器接收闲置光子并选出闲置光子窄带的光谱成分，所述色散元件用于引入色散实现闲置光子的频域分布傅里叶变换到时间分布，所述第一单光子探测器用于接收色散元件输出的闲置光子并转化为电压信号，所述第一单光子探测器的输出端连接符合测量装置的第一通道，所述信号光子的光路连接有第二单光子探测器，所述第二单光子探测器用于将信号光子转化为电压信号，所述第二单光子探测器连接符合测量装置的第二通道，所述符合测量装置用于给出闲置光子和信号光子的关联时间分布。进一步的，还包括频率纠缠光子源，所述频率纠缠光子源的输出端连接所述光纤偏振分束器的输入端，所述信号光子的光路依次连接有色散元件、第一单光子探测器、符合测量装置，所述色散元件用于引入色散实现闲置光子的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.非定域波长-时间映射的双光子联合光谱测量方法，其特征在于，包括以下步骤：/n步骤1)进行校准，在光纤偏振分束器(2)的闲置光子输出端连接可调光谱滤波器(3)，所述可调光谱滤波器的输出端连接色散元件(4)，光纤偏振分束器(2)的信号光子输出端连接第二单光子探测器(6)；/n步骤11)在待测频率纠缠光子源(1)的光谱范围内，通过设定可调光谱滤波器(3)的中心波长，得到符合测量装置(7)给出的闲置光子和信号光子的关联时间分布，拟合关联时间分布的数据获得关联时间分布的中心值τ，然后通过线性拟合获得闲置光子的波长与关联时间的关系：λ＝a+bτ，式中：λ为闲置光子的波长，a和b为实测数据线性拟合到的系数，其中，a为偏置，b为斜率；/n步骤2)进行实际测试，将步骤1)位于光纤偏振分束器(2)的闲置光子输出端的可调光谱滤波器(3)移动至光纤偏振分束器(2)的信号光子输出端；/n步骤3)在待测频率纠缠光子源(1)的光谱范围内，依次改变步骤11)中设定的可调光谱滤波器(3)的中心波长，得到符合测量装置(7)给出的闲置光子和信号光子的关联时间分布，拟合关联时间分布的数据获得关联时间分布的中心值；/n步骤4)所述步骤3)中可调光谱滤波器(3)的中心波长变化情况为信号光子的波长变化情况，闲置光子的波长变化情况为λ＝a′+bτ，式中：λ为闲置光子的波长，τ为闲置光子和信号光子的关联时间分布的中心值，a′和b为实测数据线性拟合到的系数，其中，a′为偏置，b为斜率，根据信号光子和闲置光子的波长变化情况得到双光子联合频谱分布。/n...

【技术特征摘要】
1.非定域波长-时间映射的双光子联合光谱测量方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1)进行校准，在光纤偏振分束器(2)的闲置光子输出端连接可调光谱滤波器(3)，所述可调光谱滤波器的输出端连接色散元件(4)，光纤偏振分束器(2)的信号光子输出端连接第二单光子探测器(6)；
步骤11)在待测频率纠缠光子源(1)的光谱范围内，通过设定可调光谱滤波器(3)的中心波长，得到符合测量装置(7)给出的闲置光子和信号光子的关联时间分布，拟合关联时间分布的数据获得关联时间分布的中心值τ，然后通过线性拟合获得闲置光子的波长与关联时间的关系：λ＝a+bτ，式中：λ为闲置光子的波长，a和b为实测数据线性拟合到的系数，其中，a为偏置，b为斜率；
步骤2)进行实际测试，将步骤1)位于光纤偏振分束器(2)的闲置光子输出端的可调光谱滤波器(3)移动至光纤偏振分束器(2)的信号光子输出端；
步骤3)在待测频率纠缠光子源(1)的光谱范围内，依次改变步骤11)中设定的可调光谱滤波器(3)的中心波长，得到符合测量装置(7)给出的闲置光子和信号光子的关联时间分布，拟合关联时间分布的数据获得关联时间分布的中心值；
步骤4)所述步骤3)中可调光谱滤波器(3)的中心波长变化情况为信号光子的波长变化情况，闲置光子的波长变化情况为λ＝a′+bτ，式中：λ为闲置光子的波长，τ为闲置光子和信号光子的关联时间分布的中心值，a′和b为实测数据线性拟合到的系数，其中，a′为偏置，b为斜率，根据信号光子和闲置光子的波长变化情况得到双光子联合频谱分布。


2.根据权利要求1所述的非定域波长-时间映射的双光子联合光谱测量方法，其特征在于，所述步骤1)进行校准的具体步骤如下：
频率纠缠光子源(1)输出光子到光纤偏振分束器(2)，所述光纤偏振分束器(2)将光子分为闲置光子和信号光子，
所述光纤偏振分束器(2)将闲置光子输入可调光谱滤波器(3)，所述可调光谱滤波器(3)用于选出闲置光子窄带的光谱成分，可调光谱滤波器(3)输出闲置光子至色散元件(4)，所述色散元件(4)引入色散实现闲置光子的频域分布傅里叶变换到时间分布，在时间上被展宽的闲置光子送入第一单光子探测器(5)，所述第一单光子探测器(5)将闲置光子转化为电压信号，随后第一单光子探测器(5)输出电压信号至符合测量装置(7)；
所述光纤偏振分束器(2)将信号光子输入第二单光子探测器(6)，所述第二单光子探测器(6)将信号光子转化为电压信号，然后第二单光子探测器(6)输出电压信号至符合测量装置(7)，所述符合测量装置(7)用于给出闲置光子和信号光子的关联时间分布。


3.根据权利要求1所述的非定域波长-时间映射的双光子联合光谱测量方法，其特征在于，所述步骤2)的步骤如下：频率纠缠光子源输出光子至光纤偏振分束器(2)，所述光纤偏振分束器(2)将光子分为信号光子和闲置光子，
所述光纤偏振分束器(2)将闲置光子输入色散元件(4)，所述色散元件(4)引入色散实现闲置光子的频域分布傅里叶变换到时间分布，在时间上被展宽的闲置光子送入第一单光子探测器(5)，所述第一单光子探测器(5)将闲置光子转化为电压信号，随后第一单光子探测器(5)输出电压信号至符合测量装置(7)，
所述光纤偏振分束器(2)将信号光子输入可调光谱滤波器(3)，所述可调光谱滤波器(3)用于选出信号光子窄带的光谱成分，所述可调光谱滤波器(3)输出信号光子至第二单光...

【专利技术属性】
技术研发人员：项晓，董瑞芳，权润爱，刘涛，张首刚，
申请(专利权)人：中国科学院国家授时中心，
类型：发明
国别省市：陕西;61