【技术实现步骤摘要】
基于量子增强的空芯光子晶体光纤气体传感器
本专利技术属于气体检测
，特别涉及基于量子增强的空芯光子晶体光纤气体传感器。
技术介绍
浓度的检测在科学研究和人们日常生活中有十分重要的作用。众所周知，在煤炭开发过程中，会产生大量一氧化碳、二氧化碳、二氧化硫、氮氧化物、烟尘等污染物，这些是造成大气污染和酸雨的主要原因，对这些有害气体进行浓度的监控是十分必要的。同样，测量场景也往往会涉及高温高压、组分多样化等复杂环境，待测气体的组分含量可能在百万分子一量级或者以下。例如，我国正在建设的“天宫”空间站、“北斗”导航系统、“嫦娥”系列卫星为代表的航天、探月工程和国产航母、“蛟龙号”载人潜水器为代表的海洋、深海运载技术，飞行器和运载舱内外都需要对痕量气体进行严格监测，以保障人员的生命安全和设备的正常运行。所以要求气体传感系统具有高的测量灵敏度和响应速度以保证生产效率。光子晶体光纤近年来引起了人们的广泛关注。微孔包层为光纤的波导特性裁剪提供了额外的自由度，并制备了一些具有无休止的单模、高双折射和高非线性等独特光学特性的光子晶体光...
【技术保护点】
1.基于量子增强的空芯光子晶体光纤气体传感方法，其特征在于包括如下步骤：/n步骤(1)光纤量子纠缠源的产生：由光纤飞秒激光器所发出激光经粗波分复用器分成泵浦光和信号光，两光束通过耦合器耦合到色散位移光纤中经四波混频效应，产生信号光和闲频光，两个频率为ω
【技术特征摘要】
1.基于量子增强的空芯光子晶体光纤气体传感方法，其特征在于包括如下步骤：
步骤(1)光纤量子纠缠源的产生：由光纤飞秒激光器所发出激光经粗波分复用器分成泵浦光和信号光，两光束通过耦合器耦合到色散位移光纤中经四波混频效应，产生信号光和闲频光，两个频率为ωp的光子湮灭，同时产生两个频率为ω1和ω2的新光子，满足以下方程式：
2ωp＝ω1+ω2(1)
其中ω1为信号光的频率，ω2为闲频光的频率，ωp为泵浦波的频率，要使此过程进行，相位匹配条件要求满足：
2kp＝k1+k2(2)
在四波混频过程中，信号光和闲频光满足能量守恒，单空间模式情形的哈密顿量是:
其中ki表示场的空间模式，χ(2)是非线性系数，a1是信号场振幅，a2是闲频场振幅，ap是泵浦场振幅，是约化普朗克常量，C为基波振幅，运动方程可描述为由上述等式可解出时变算子：
其中κ＝χ(2)ap’由于κ与信号光和闲频光相比具有较大的量级，所以它是一个常数，这样，相同空间模式中的信号光和闲频光具有量子相关强度，这些量子相关性表现为在测量光束之间的强度差时，具有较低的噪声基底，在没有损失的情况下归一化为散粒噪声极限:
其中N-，是光子数差算符；
在每个相干区域由单个空间模式描述的限制中，哈密顿量由多个并发非线性组成：
已经表明，方程(7)导致时域和空间域中多种模式的量子噪声降低，相干区域实际上是独立的，如果远场中的相干性倾向于零，则将其视为方程(7)中的空间模式，即如果包含在光束内的相干区域在检测平面中不相互干扰，则有效地满足该条件，如果每对都被隔离并且测量强度差，则量子噪声降低将接近方程(6)；
经过四波混频后产生的信号光和闲频光两者是共轭的，具有高度量子相关性，其强度差量子噪声大大降低，获得了所需的光纤量子纠缠源，其中信号光作为参考光，闲频光作为探测光；
步骤(2)气体的传感：光经四波混频后产生的参考光经光纤延时线进入到平衡探测器的一个端口，而信号光则经过光纤隔离器后进入到侧边打孔的空芯光子晶体光纤中，最后输入到平衡探测器的另一个端口；
由于环境中存在某种浓度的待测气体，扩散进入到空芯光子晶体光纤中的气体会吸收与之吸收光谱相对应波长的信号光，使信号光的强度发生变化，其原理如下：
分子光谱吸收理论是气体检测技术的基础，由量子理论可知，分子的能级结构是离散的而不是连续的，这就决定了分子的吸收光谱是离散谱而非连续谱，特定的分子结构只能吸收特定波长的光，根据量子理论，光的能量是一份一份的，可表示为：
E＝hν＝hc/λ(8)
其中E表示一个光子的能量，h为普朗克常数，v为光子频率，c为光速，λ为光波长，我们可以看出，一个光子的能量的高低与它的波长有关，当某波长光的光子能量恰好等于某分子能级间的能量差时，该分子的电子就会吸收该波长的光能量，从低能级跃迁到...
【专利技术属性】
技术研发人员：赵春柳，樊琼，王海龙，石岩，陈君，徐睿，赵天琦，金尚忠，
申请(专利权)人：中国计量大学，
类型：发明
国别省市：浙江;33
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