[發明專利]一種基于光學參量放大器的量子干涉儀裝置

有效

• 申請號: 202010067366.6
• 申請日: 2020-01-20
• 公開（公告）號: CN111207667B
• 公開（公告）日: 2021-05-14
• 發明（設計）人: 閆智輝;左小杰;賈曉軍;彭堃墀
• 申請（專利權）人: 山西大學
• 主分類號: G01B9/02
• 分類號: G01B9/02;G02F1/39
• 代理公司: 太原晉科知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 14110
• 代理人: 鄭晉周

本發明屬于量子精密測量技術領域，公開了一種基于光學參量放大器的量子干涉儀裝置，包括光源單元、光學斬波器、第一光學分束器、第二光學分束器、第一光學參量放大器、第二光學參量放大器、位相傳感器和測量系統。本發明利用兩個光學參量放大器實現了干涉儀的相敏場強放大和噪聲壓縮，能夠實現高靈敏度的位相測量。本發明具有結構緊湊、調節方便、可靠性好等優點，在量子精密測量中具有重要的應用價值。

技術領域

本發明一種基于光學參量放大器的量子干涉儀裝置，屬于量子精密測量技術領域。

背景技術

在量子信息科學的發展中，量子精密測量是目前的研究熱點之一。通過利用量子資源，量子精密測量可以顯著提高傳感的靈敏度、成像的分辨率。干涉儀是重要的測量工具之一，其位相變化對于許多能夠影響光程的物理量非常敏感，比如生物組織、引力波、位移和力學量等。然而，干涉儀的最終靈敏度受限于電磁場的真空起伏決定的標準量子極限。因此，突破標準量子極限的干涉儀實現，特別是能夠對淹沒于量子噪聲極限的微弱信號的測量，都是極具挑戰性的任務。

量子干涉儀利用量子資源，提高了干涉儀測量位相的靈敏度。量子干涉儀能夠克服散粒噪聲極限的影響，甚至可以實現超越標準量子噪聲極限的微弱位相變化的測量。人們開展了一系列的對于光子或者光場的量子干涉儀的研究。在2017年，澳大利亞Griffith大學的Geoff Pryde研究組利用NOON態實現了突破散粒噪聲極限的位相測量，在NaturePhotonics 11, 700 (2017)發表題為“Unconditional violation of the shot-noiselimit in photonic quantum metrology”的論文。

以上研究工作實現了基于光子系統的量子干涉儀，解決了光學干涉儀突破標準量子極限的問題，但在上述方法中利用的光子數目少，位相測量的絕對精度低，限制了干涉儀在位相測量中的實際應用。

發明內容

本發明提供了一種基于光學參量放大器的量子干涉儀裝置，克服了現有技術存在的不足，提供了一種可靠性好、易于實現的量子干涉儀裝置。

為了解決上述技術問題，本發明采用的技術方案為：一種基于光學參量放大器的量子干涉儀裝置，包括光源單元、光學斬波器、第一光學分束器、第二光學分束器、第一光學參量放大器、第二光學參量放大器、位相傳感器和測量系統；光源單元用于分別輸出探針光信號a_S、本地振蕩光信號a_L、泵浦光信號a_P1和泵浦光信號a_P2；光源單元輸出的探針光脈沖信號a_S與光學斬波器的輸入端連接，光學斬波器的輸出端與第一光學分束器()的輸入端連接，第一光學分束器()的兩個輸出端分別與第一光學參量放大器和第二光學參量放大器的第一輸入端連接，光源單元輸出的泵浦光信號a_P和泵浦光信號a_P分別與第一光學參量放大器和第二光學參量放大器的第二輸入端連接，第一光學參量放大器輸出的相敏光場與位相傳感器的輸入端連接，位相傳感器的輸出端與第二光學分束器的第一輸入端連接，位相傳感器用于根據待測物理量對第一光學參量放大器輸出的相敏光場進行相移；第二光學參量放大器的輸出的相敏光場與第二光學分束器的第二輸入端連接，光源單元輸出的本地振蕩光信號a_L與測量系統的第一輸入端連接，第二光學分束器的輸出端與測量系統的第二輸入端連接。

所述位相傳感器為壓電陶瓷。

所述光源單元包括可調諧激光器、1×3光學分束器陣列、光學倍頻器、1×2光學分束器陣列，所述可調諧激光器的輸出端與1×3光學分束器的輸入端連接，1×3光學分束器的第一輸出端輸出本地振蕩光信號a_L，第二輸出端輸出探針光信號a_S，第三輸出端與光學倍頻器的輸入端連接，光學倍頻器的輸出端與1×2光學分束器的輸入端連接，1×2光學分束器的兩個輸出端分別輸出泵浦光信號a_P1和a_P2。