量子吸收分光系统(100)具备激光源(1)、量子光学系统(201)、光检测器(31)以及控制器(4)。激光源(1)发出抽运光。量子光学系统(201)包括通过抽运光的照射来产生信号光子与闲置光子的量子纠缠光子对的非线性光学晶体(23)和构成为能够使闲置光子的相位变化的移动反射镜(25)，构成为在产生量子纠缠光子对的多个物理过程之间发生量子干涉。光检测器(31)闲置检测由非线性光学晶体(23)在试样配置于闲置光子的光路的状态下使闲置光子的相位变化的情况下的信号光子，输出与检测到的光子数相应的量子干涉信号。控制器(4)通过量子干涉信号的傅里叶变换来计算试样的吸收分光特性。的傅里叶变换来计算试样的吸收分光特性。的傅里叶变换来计算试样的吸收分光特性。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】量子吸收分光系统以及量子吸收分光方法
[0001]本公开涉及量子吸收分光系统以及量子吸收分光方法。
技术介绍
[0002]一般而言，在红外吸收分光法中对试样照射红外光。然后，获取与基于试样的吸收相伴的红外光的强度变化作为试样的红外吸收频谱。在红外吸收分光法之中，特别是傅里叶变换红外分光法(FTIR：Fourier Transform Infrared Spectroscopy)在化学、生物学以及药学等领域中也广泛用于确定分子构造(功能团的种类或者立体构造等)。
[0003]现有技术文献
[0004]专利文献
[0005]专利文献1：美国日本专利第10,648,908号
[0006]非专利文献
[0007]非专利文献1：Anna Paterova,Hongzhi Yang,Chengwu An,Dmitry Kalashnikov and Leonid Krivitsky,"Measurement of infrared optical constants with visible photons"(用可见光子测量红外光学常数),New Journal of Physics 20(2018)043015
[0008]非专利文献2：Masayuki Okano,Hwan Hong Lim,Ryo Okamoto,Norihiko Nishizawa,Sunao Kurimura and Shigeki Takeuchi,"0.54μm resolution two
‑
photon interference with dispersion cancellation for quantum optical coherence tomography"(通过针对量子光学相干断层扫描的色散抵消的0.54μm分辨率双光子干涉),Scientific Reports volume 5,Article number:18042(2015)
技术实现思路
[0009]近年来，在量子测量、量子通信以及量子计算等量子
，利用两个光子发生具有量子力学相关的“量子纠缠”的光子对来实现新功能的研究正在发展。以下，将这样的光子对还称为“量子纠缠光子对”。本专利技术者们关注量子纠缠光子对向分光系统以及分光方法的应用。而且，本专利技术者们发现通过对来自光检测器的检测信号实施适当的运算处理，能够使能够分光的波段变宽。
[0010]本公开是为了解决上述课题而完成的，本公开的目的在于提供能够在应用量子纠缠光子对的分光系统或者分光方法(量子吸收分光系统或者量子吸收分光方法)中在宽的波段进行的分光的技术。
[0011](1)本公开的第1方面的量子吸收分光系统具备光源、量子光学系统、光检测器以及运算装置。光源发出抽运光。量子光学系统包括：非线性光学元件，通过抽运光的照射来产生信号光子与闲置光子的量子纠缠光子对；以及相位变换部，构成为能够使信号光子以及闲置光子中的一方的光子的相位变化。量子光学系统构成为在产生量子纠缠光子对的多个物理过程之间发生量子干涉。光检测器输出与在试样配置于闲置光子的光路的状态下由相位变换部使上述一方的光子的相位变化的情况下的信号光子的检测数相应的量子干涉
信号。运算装置通过量子干涉信号的傅里叶变换来计算试样的吸收分光特性。
[0012](2)在某个实施方式中，运算装置也可以除了通过试样配置于闲置光子的光路的状态下的量子干涉信号的傅里叶变换来计算傅里叶频谱之外，还通过试样未配置于闲置光子的光路的状态下的量子干涉信号的傅里叶变换来计算参照用傅里叶频谱。运算装置也可以根据傅里叶频谱与参照用傅里叶频谱之比，计算试样的复透射率频谱。
[0013](3)在某个实施方式中，运算装置也可以通过对试样的复透射率频谱的绝对值进行平方，从而计算试样的吸收频谱。
[0014](4)在某个实施方式中，运算装置也可以通过对在量子光学系统中既不对量子纠缠光子对进行波长扫描也不对信号光子进行波长分解地获取到的量子干涉信号进行傅里叶变换，从而计算试样的吸收分光特性。
[0015](5)在某个实施方式中，非线性光学元件也可以是啁啾型或者扇型的准相位匹配元件。
[0016](6)在其它实施方式中，非线性光学元件也可以是包括非线性光学晶体的准相位匹配元件。准相位匹配元件也可以构成为在多次产生量子纠缠光子对的情况下，包括闲置光子的闲置光子群的波长分布于根据非线性光学晶体的材料和极化反转周期确定的整个宽波段。
[0017](7)在某个实施方式中，非线性光学晶体的材料也可以包含铌酸锂。非线性光学晶体的极化反转周期也可以以使闲置光子群包括在0.4μm至5.2μm的波段内具有互不相同的波长的多个光子的方式被决定。
[0018](8)在其它实施方式中，非线性光学晶体的材料也可以包含磷化镓。非线性光学晶体的极化反转周期也可以以使闲置光子群包括在0.7μm至12μm的波段内具有互不相同的波长的多个光子的方式被决定。
[0019](9)进而在其它实施方式中，非线性光学晶体的材料也可以包含砷化镓。非线性光学晶体的极化反转周期也可以以使闲置光子群包括在1μm至18μm的波段内具有互不相同的波长的多个光子的方式被决定。
[0020](10)进而在其它实施方式中，非线性光学晶体的材料也可以包含钽酸锂。非线性光学晶体的极化反转周期也可以以使闲置光子群包括在0.3μm至5.5μm的波段内具有互不相同的波长的多个光子的方式被决定。
[0021](11)进而在其它实施方式中，非线性光学晶体的材料也可以包含硒化锌。非线性光学晶体的极化反转周期也可以以使闲置光子群包括在0.4μm至22μm的波段内具有互不相同的波长的多个光子的方式被决定。
[0022](12)在某个实施方式中，光检测器也可以是单像素型的光检测器。
[0023](13)在某个实施方式中，信号光子是可见光频域的光子。光检测器也可以是基于硅的光检测器。
[0024](14)在某个实施方式中，量子光学系统也可以还包括全反射测定装置，该全反射测定装置构成为能够进行试样的全反射测定。
[0025](15)在某个实施方式中，相位变换部也可以包括：第1移动反射镜，构成为能够沿着信号光子的传播方向移动；以及第2移动反射镜，构成为能够沿着闲置光子的传播方向移动。量子吸收分光系统还具备控制装置。控制装置也可以构成为使第1移动反射镜以及第2
移动反射镜中的一方的移动反射镜选择性地移动。
[0026](16)在某个实施方式中，相位变换部也可以包括移动反射镜，该移动反射镜构成为能够沿着信号光子的传播方向移动。
[0027](17)在某个实施方式中，非线性光学元件也可以构成为产生紫外光频域的闲置光子。运算装置也可以计算试样的紫外吸收分光特性。
[0028](18)本公开的第2方面的量子吸收分光方法(QAS：Quantum Absorption Spectroscopy)包本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种量子吸收分光系统，具备光源、量子光学系统、光检测器以及运算装置，所述光源发出抽运光，所述量子光学系统构成为包括：非线性光学元件，通过所述抽运光的照射来产生信号光子与闲置光子的量子纠缠光子对；以及相位变换部，构成为能够使所述信号光子以及所述闲置光子中的一方的光子的相位变化，在产生所述量子纠缠光子对的多个物理过程之间发生量子干涉，所述光检测器输出与在试样配置于所述闲置光子的光路的状态下由所述相位变换部使所述一方的光子的相位变化的情况下的所述信号光子的检测数相应的量子干涉信号，所述运算装置通过所述量子干涉信号的傅里叶变换来计算所述试样的吸收分光特性。2.根据权利要求1所述的量子吸收分光系统，其中，所述运算装置除了通过所述试样配置于所述闲置光子的光路的状态下的所述量子干涉信号的傅里叶变换来计算傅里叶频谱之外，还通过所述试样未配置于所述闲置光子的光路的状态下的所述量子干涉信号的傅里叶变换来计算参照用傅里叶频谱，根据所述傅里叶频谱与所述参照用傅里叶频谱之比，计算所述试样的复透射率频谱。3.根据权利要求2所述的量子吸收分光系统，其中，所述运算装置通过对所述试样的复透射率频谱的绝对值进行平方，从而计算所述试样的吸收频谱。4.根据权利要求1～3中的任意一项所述的量子吸收分光系统，其中，所述运算装置通过对在所述量子光学系统中既不对所述量子纠缠光子对进行波长扫描也不对所述信号光子进行波长分解地获取的所述量子干涉信号进行傅里叶变换，从而计算所述试样的吸收分光特性。5.根据权利要求1～4中的任意一项所述的量子吸收分光系统，其中，所述非线性光学元件是啁啾型或者扇型的准相位匹配元件。6.根据权利要求1～4中的任意一项所述的量子吸收分光系统，其中，所述非线性光学元件是包括非线性光学晶体的准相位匹配元件，所述准相位匹配元件构成为在多次产生所述量子纠缠光子对的情况下，包括所述闲置光子的闲置光子群的波长分布于根据所述非线性光学晶体的材料和极化反转周期确定的整个宽波段。7.根据权利要求6所述的量子吸收分光系统，其中，所述非线性光学晶体的材料包含铌酸锂，所述非线性光学晶体的极化反转周期以使所述闲置光子群包括在0.4μm至5.2μm的波段内具有互不相同的波长的多个光子的方式被决定。8.根据权利要求6所述的量子吸收分光系统，其中，所述非线性光学晶体的材料包含磷化镓，所述非线性光学晶体的极化反转周期以使所述闲置光子群包括在0.7μm至12μm的波段内具有互不相同的波长的多个光子的方式被决定。9.根据权利要求6所述的量子吸收分光系统，...
【专利技术属性】
技术研发人员：竹内繁树，冈本亮，向井佑，
申请(专利权)人：国立大学法人京都大学，
类型：发明
国别省市：
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