[發明專利]集合式拉曼增強原子蒸汽濾光信號方法與裝置

有效

• 申請號: 200910273490.1
• 申請日: 2009-12-31
• 公開（公告）號: CN101794033A
• 公開（公告）日: 2010-08-04
• 發明（設計）人: 孫獻平;譚政;羅軍;詹明生
• 申請（專利權）人: 中國科學院武漢物理與數學研究所
• 主分類號: G02F1/09
• 分類號: G02F1/09;G02F1/39
• 代理公司: 武漢宇晨專利事務所 42001
• 代理人: 王敏鋒

技術領域

本發明涉及微弱光信號技術領域，更具體涉及一種集合式拉曼增強原子 蒸汽濾光信號的方法，同時還涉及集合式拉曼增強原子蒸汽濾光信號的裝置， 具體適用于自由空間量子通信、大氣激光通信和熒光型激光雷達等需要在強 的、寬頻譜的背景光中提取微弱光信號。

背景技術

利用光子的偏振、相位或自旋態編碼經典信息的量子通信在理論上具有 絕對安全性，其發展的趨勢是實現長距離、高效率的信息傳輸。全球化的量 子通信可以通過地對星、星對星的通信實現。由于大氣空間的背景光(日光、 月光或星光)相對攜帶信息的單個光子具有較高光強和寬頻譜范圍的特性。 因此，在大氣空間背景條件探測攜帶信息的微弱光子信號，減少傳遞信息過 程中背景光噪聲產生的誤碼，是技術上面臨的一個挑戰。

作為一種高效的光學濾光器件，原子濾光方法已經得到廣泛的應用：例 如，大氣環境中的經典激光通信、海洋溫度的遙感測量、白天中間層大氣特 性(溫度、風速等)的熒光型激光雷達探測等領域。在量子通信里，使用nm 帶寬量級的干涉濾光片，攜帶信息的光子信號會完全淹沒在日光背景噪聲中。 如何實現全天候自由空間量子通信、減少背景光噪聲產生的誤碼率？～GHz量 級的原子濾光器提供了一個較好的選擇，它可以在日光背景噪聲下實現微弱 信號的窄帶傳輸。

中國發明專利“使用原子濾光器的空間量子通信裝置”[孫獻平，李若虹， 羅軍，詹明生.，專利號：ZL200310111370.4]和文獻“Free-space?quantum?key distribution?with?Rb?vapor?filters”[Xin?Shan，Xianping?Sun，Jun?Luo，Zheng?Tan and?Mingsheng?Zhan.，Applied?Physics?Letter，89，191121(2006)]指出，對于自 由空間量子密碼通信，實驗演示表明：使用Rb原子濾光輔助探測方法能夠 在大氣空間的背景光(燈光、星光、月光和黃昏時日光)條件下對偏振編碼 的單光子序列信號進行成功測量，對量子通信系統有了顯著的改進。但是， 同時指出：當光學接收望遠鏡與太陽相對、且不使用微孔空間濾光和時間窗口 濾光方法時，使用現有原子濾光器的量子通信接收機探測到的背景光噪聲仍 然會使誤碼率增加，因此影響到安全密鑰的獲取效率，無法實現全天候的使 用。

一個申請中的專利“喇曼光放大的原子濾波方法及裝置”[單欣，孫獻平， 羅軍，詹明生，中國發明專利申請號：200810046862.2]和文獻 “Ultranarrow-bandwidth?atomic?filter?with?Raman?light?amplification”[Xin?Shan， Xianping?Sun，Jun?Luo?and?Mingsheng?Zhan.，Optics?Letters，3316(2008)，1842.] 建立了一種喇曼光放大的原子濾波方法和裝置，該系統由一個喇曼光放大原 子蒸汽泡和一個原子色散濾光蒸汽泡組成，該濾光裝置具有超窄帶寬(幾十 MHz)特性并且能夠實現數十倍量級微弱信號的有效光放大，從而能夠更加 有效地抑制背景光噪聲，提高微弱信號探測的信噪比。但是，由于使用了兩 個原子蒸汽泡的組合，這就需要裝備兩個獨立的溫度控制模塊(用于調節、 控制和測量溫度，使之工作在合適原子數密度)來分別匹配兩個原子蒸汽泡 的工作參數，從而增加了裝置的復雜程度。因此，建立一種全新的增強原子 蒸汽濾光信號方法與裝置是迫切需要的。

發明內容

本發明的目的是在于提供了一種集合式拉曼增強原子蒸汽濾光信號的方 法。微弱信號光傳輸通過單個原子蒸汽泡，既需要滿足原子受激拉曼(Raman) 增益條件，又必須滿足原子蒸汽的法拉第(Faraday)反常色散條件，在大氣 空間的背景光(日光、月光或星光)條件下，使用單個原子蒸汽泡極大地增 強微弱信號光的相對強度同時實現超窄帶濾光通道。方法易行，操作方便、 且具有信號增強/濾光雙重功效的特性。