[發明專利]一種基于多路徑量子干涉的信號放大裝置及方法

有效

• 申請號: 202010628714.2
• 申請日: 2020-07-02
• 公開（公告）號: CN111896103B
• 公開（公告）日: 2021-06-29
• 發明（設計）人: 周宇;羅勝;劉建彬;鄭淮斌;徐卓
• 申請（專利權）人: 西安交通大學
• 主分類號: G01J1/42
• 分類號: G01J1/42;G01J1/04;G02B26/00;G02F1/35
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 陳翠蘭

本發明公開了一種基于多路徑量子干涉的信號放大裝置及方法，通過將第一高反鏡、第二高反鏡和邁克爾遜干涉儀設置于同一注入腔室內形成能夠使光線多次反射和干涉的邁克爾遜干涉儀循環腔，利用濾波片和雙光子吸收探測器獲取光信號，其中濾波片濾除能夠導致雙光子吸收探測器產生單光子探測的波段的光，使單光子探測的量子效率接近于零，提高其雙光子吸收探測的效率，本發明結構簡單，光信號的二階關聯度以及信噪比增加明顯，在微弱信號測量的領域具有重大的作用；解決了無法探測存在于熱光場的聚束以及超聚束效應的問題，通過利用雙光子吸收這一非線性過程，使探測響應速率達到了飛秒量級，從而實現我們對于日光、真熱光源等光源的超聚束效應的研究。

技術領域

本發明屬于量子光學與信號探測的領域，特別涉及到一種基于多路徑量子干涉的信號放大裝置及方法。

背景技術

對于微弱信號的探測，一直以來都是人們研究的重點。無論是對于微弱的地震波的檢測，還是對引力波探測等，這些都具有重大的研究與應用價值，它的發展不僅促進了自然科學的發展，也為國民經濟和國防建設創造了有利條件，引起重大的革新。然而微弱信號的探測也面臨著很多問題，如系統較復雜，嚴重依賴光電器件的參數等，這很大程度的阻礙了弱光信號的探測。同時隨著量子光學的發展，研究人員發現雙光子超聚束效應(其二階關聯度大于2)對提高鬼成像對比度和成像質量方面有著重要作用，它吸引了大量的研究人員的關注。但是大部分的研究都是通過非線性相互作用來產生雙光子超聚束效應的，除了效率極低，苛刻的實驗條件也極大的制約了超聚束光源的應用。同時由于有很多光源(比如最容易獲得的日光，或者鹵素燈、LED光源等)的聚束效應并不能被直接獲得，主要原因是由于它們的相干時間尺度在皮秒乃至飛秒量級導致探測器的響應速度遠遠跟不上，更不用說去提高其二階關聯度研究超聚束效應，這也極大的阻礙了我們對弱光場信息的獲取和真熱光超聚束的實驗研究與工程應用。

發明內容

本發明的目的在于提供一種基于多路徑量子干涉的信號放大裝置及方法，以克服現有技術的不足。

為達到上述目的，本發明采用如下技術方案：

一種基于多路徑量子干涉的信號放大裝置，包括濾波片、雙光子吸收探測器、計算器以及設置于同一注入腔室內的第一高反鏡、第二高反鏡和邁克爾遜干涉儀，第一高反鏡設置于邁克爾遜干涉儀的入射口與邁克爾遜干涉儀的動鏡平行，第一高反鏡高反面一側靠近邁克爾遜干涉儀；第二高反鏡設置于邁克爾遜干涉儀的出射口與邁克爾遜干涉儀的定鏡平行，第二高反鏡的高反面一側靠近邁克爾遜干涉儀；濾波片設置于第二高反鏡的另一側與第二高反鏡平行，雙光子吸收探測器設置于濾波片一側用于獲取第二高反鏡透射光，計算器連接于雙光子吸收探測器和邁克爾遜干涉儀的動鏡移動控制臺。

進一步的，邁克爾遜干涉儀包括非偏振光分束器、第一平面全反射鏡和第二平面全反射鏡，第一平面全反射鏡為定鏡，第二平面全反射鏡為動鏡。

進一步的，第一高反鏡設置于邁克爾遜干涉儀入射口且與第二平面全反射鏡平行，第一高反鏡高反面一側靠近邁克爾遜干涉儀；第二高反鏡設置于邁克爾遜干涉儀出射口且與第一平面全反射鏡平行，第二高反鏡的高反面一側靠近邁克爾遜干涉儀；第二平面全反射鏡固定于動鏡移動控制臺上，動鏡移動控制臺連接于計算器。

進一步的，第一高反鏡至非偏振光分束器中心的距離等于第二高反鏡至非偏振光分束器中心的距離。

一種多路徑量子干涉的信號放大方法，包括以下步驟：

步驟1)、將真熱光源通過第一高反鏡入射至同一注入腔室內的邁克爾遜干涉儀；

步驟2)、利用濾波片將第二高反鏡的透射光進行濾波，利用雙光子吸收探測器實時采集濾波后的透射光線，構建透射光線的二階關聯函數，對二階關聯函數進行歸一化處理后得到放大后光信號。

進一步的，步驟2)中，對動鏡移動控制臺的縱向掃描移動，使真熱光在邁克爾遜干涉儀兩臂傳播時時間差為t₁-t₂，形成雙光子干涉。